工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用*

何建梁

(甘肅省第四建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 蘭州 734000)

隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展,工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)也變得更加多樣、復(fù)雜,其穩(wěn)定性、安全性也引起了社會(huì)的高度關(guān)注。工業(yè)廠房是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的核心基礎(chǔ)設(shè)施,廠房?jī)?nèi)通常裝備一些大型機(jī)器設(shè)備和起重運(yùn)輸設(shè)備,這也要求廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠承受較大的靜、動(dòng)荷載及振動(dòng)或撞擊力,如果工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)性能不達(dá)標(biāo),就容易出現(xiàn)安全事故,不僅影響到廠房的正常運(yùn)作,而且還會(huì)威脅到作業(yè)人員的人身安全。所以不斷優(yōu)化工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)十分關(guān)鍵。鋼結(jié)構(gòu)作為一種常用的建筑結(jié)構(gòu)形式之一,這種結(jié)構(gòu)具有卓越的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,很好地迎合了工業(yè)廠房建設(shè)需要。

基于鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,我們要認(rèn)識(shí)到鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),積極采用鋼結(jié)構(gòu)來(lái)替代傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu),從而提高工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性,使工業(yè)廠房能夠滿足實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)需要。

1 鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

鋼結(jié)構(gòu)是由鋼制材料組成的結(jié)構(gòu),主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成,如圖一。較比傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是顯著的,不僅自身重量輕,而且結(jié)構(gòu)整體剛度好、抵抗變形能力強(qiáng),廣泛應(yīng)用于大型廠房、場(chǎng)館、超高層建筑等領(lǐng)域,較比傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)被譽(yù)為綠色建筑的主要代表,因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)材料可重復(fù)利用,符合了可持續(xù)發(fā)展理念,且鋼結(jié)構(gòu)自重輕、污染少,能有效減少建筑垃圾,節(jié)約資源[1-2]。工業(yè)廠房是用于工業(yè)生產(chǎn)和為工業(yè)服務(wù)的建筑,這類建筑一般占地面積較大,而且廠房?jī)?nèi)通常裝備笨重的大型機(jī)器設(shè)備,這類廠房在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有著較高要求,不僅要求廠房滿足正常使用時(shí)的荷載,而且在抗震設(shè)防、溫度變形等方面要求較高。鋼結(jié)構(gòu)憑借其自身的諸多優(yōu)勢(shì),在工業(yè)廠房中有著廣泛的應(yīng)用,其發(fā)揮著顯著價(jià)值。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)組成示意圖

首先,鋼結(jié)構(gòu)可以提高工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。工業(yè)廠房是為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的,這也要求廠房結(jié)構(gòu)必須具備良好的穩(wěn)定性,而鋼結(jié)構(gòu)以其高強(qiáng)度和剛度優(yōu)勢(shì)能夠有效地支撐整個(gè)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu),使得工業(yè)廠房能夠承受重型設(shè)備、大量物品的存儲(chǔ)和運(yùn)輸,尤其是鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好,將其應(yīng)用于工業(yè)廠房中,可以有效提高廠房結(jié)構(gòu)的抗震性,從而確保廠房作業(yè)安全。

其次,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以節(jié)省工業(yè)廠房建設(shè)成本。由于工業(yè)廠房規(guī)模都比較大,所以廠房建設(shè)需要投入較大的成本,而鋼結(jié)構(gòu)制造與安裝機(jī)械化程度高,拼裝速度快,工期短,且這種結(jié)構(gòu)可以輕松加工和定制,使得設(shè)計(jì)師可以根據(jù)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際需求創(chuàng)建各種形狀和尺寸的工業(yè)廠房,不僅提供了空間布局的自由度,而且大大地節(jié)省了工業(yè)廠房安裝成本。同時(shí),鋼結(jié)構(gòu)靈活,方便拆卸,可以很好地迎合工業(yè)作業(yè)實(shí)際需要。

最后,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以延長(zhǎng)工業(yè)廠房使用壽命。較比傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)具備較好的耐久性和可靠性,將這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于工業(yè)廠房中,不僅可以提高廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,同時(shí)也能延長(zhǎng)廠房的使用壽命。同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)耐用,不易磨損,能夠適應(yīng)各種氣候條件和環(huán)境,從而很好地保證廠房?jī)?nèi)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行,從而提高工業(yè)廠房生產(chǎn)效率[3-4]。

2 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用常見(jiàn)的問(wèn)題分析

較比傳統(tǒng)的建筑,工業(yè)廠房對(duì)結(jié)構(gòu)要求非常高,尤其是結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,要求工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)必須滿足大規(guī)模機(jī)械作業(yè)運(yùn)作需要。鋼結(jié)構(gòu)憑借著穩(wěn)定性好、塑性佳、耐用、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也存在一些問(wèn)題,需要引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。

2.1 上部結(jié)構(gòu)問(wèn)題

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,柱底板安裝是非常重要的一道工序,柱底板通常支撐在找平鋼板上或者安放在找平的螺母之上,而一些大型的柱底板通常是安裝在灌漿層后,然后再與柱焊接在一起,以此保證柱底板完全承載找平鋼上。但是在實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,一些設(shè)計(jì)人員很容易忽略找平板及二次灌漿問(wèn)題,將柱底板下的找平排除在外,在這種情況下,預(yù)制的鋼柱就無(wú)法滿足廠房結(jié)構(gòu)支撐需要。還有就是鋼柱底板作為整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)的支撐點(diǎn),如果鋼柱底板沒(méi)有與混凝土結(jié)合,或者說(shuō)混凝土出現(xiàn)裂縫,就容易導(dǎo)致鋼柱底板在荷載作用下或出現(xiàn)變形或者沉降,從而影響到廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,容易引發(fā)安全事故。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)自身銹蝕問(wèn)題

在應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的過(guò)程中,許多人往往只看到這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),從而忽略其自身的劣勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)有著自身的一些缺點(diǎn),比如銹蝕問(wèn)題,耐火性差等,這也要求設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)中需要做好鋼結(jié)構(gòu)的防火及防腐蝕處理。在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu),一旦鋼結(jié)構(gòu)防腐處理工藝不合理、防火處理不到位,鋼結(jié)構(gòu)投入使用后,就容易發(fā)生銹蝕問(wèn)題,進(jìn)而破壞原有鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,不僅影響到了鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命,而且還遺留了巨大的安全隱患。

2.3 設(shè)計(jì)人員專業(yè)性問(wèn)題

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員的水平高低對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量有著直接的影響,如果設(shè)計(jì)人員不專業(yè),就會(huì)影響到鋼結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)具有很高的技術(shù)難度,需要有一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家和技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)建。然而就目前來(lái)看,一些設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平還有待提高,他們?cè)诰唧w設(shè)計(jì)處理中很容易受傳統(tǒng)思維的影響,缺少豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),無(wú)法真正做到具體問(wèn)題具體處理。

3 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效應(yīng)用策略

將鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用建筑中符合了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。伴隨著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,尤其是在工業(yè)廠房中,可以提高工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,保證工業(yè)廠房安全。鋼結(jié)構(gòu)作為一種穩(wěn)定性好的建筑結(jié)構(gòu),要想發(fā)揮其在工業(yè)廠房中的積極作用,設(shè)計(jì)人員需要深入鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究,嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,不斷優(yōu)化工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)。

3.1 優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)

在工業(yè)廠房建設(shè)中,鋼結(jié)構(gòu)是一種明確的選擇,因?yàn)楣I(yè)廠房需要具有較大承重 能力和密集的空間,而且工廠需要經(jīng)常調(diào)整或升級(jí)來(lái)適應(yīng)新的生產(chǎn)流程,尤其是一些大的調(diào)整,會(huì)對(duì)原工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞,而鋼結(jié)構(gòu)不僅安裝簡(jiǎn)便,而且便于拆卸,這種結(jié)構(gòu)很好地迎合了工業(yè)廠房建設(shè)需要。基于鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房中的積極作用,設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合工業(yè)廠房設(shè)計(jì)需要,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

首先,考慮到鋼結(jié)構(gòu)柱底板的穩(wěn)定性要求,在安裝柱底板時(shí)必須用砂漿找平,確保柱底板作業(yè)面平整。

其次,結(jié)合工業(yè)廠房對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、強(qiáng)度等要求,在制作鋼結(jié)構(gòu)時(shí)需要選擇合適的鋼配件,確保鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)。

最后,做好鋼結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì),基于工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的荷載作用,鋼結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些磨損,為了保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)人員需要做好鋼結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì),如增加附加支撐、調(diào)整荷載分布情況、對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)支座進(jìn)行強(qiáng)迫位移等,這些都可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行起到很好的加固效果[5]。

另外,由于工業(yè)廠房規(guī)模大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以確定頂點(diǎn)數(shù),所以在采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要做好結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及荷載計(jì)算,而且需要做好鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作。確保鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠(見(jiàn)圖2)。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的焊接示意圖

3.2 做好鋼結(jié)構(gòu)的防火、防腐處理

雖然鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房中有著較好的優(yōu)勢(shì),但是鋼結(jié)構(gòu)的耐火性、耐腐性較差,所以在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)時(shí),設(shè)計(jì)人員需要做好鋼結(jié)構(gòu)的防火、防腐處理。

首先,結(jié)合工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)實(shí)際,在應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)時(shí),選擇相應(yīng)的防火鋼材,同時(shí)根據(jù)防火、防火要求,在鋼結(jié)構(gòu)表面嚴(yán)格按照相關(guān)要求涂抹防火阻隔材料,以此提高鋼結(jié)構(gòu)的整體防火性能。

其次,做好鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)。由于工業(yè)廠房規(guī)模較大,鋼結(jié)構(gòu)暴露比較充分,容易出現(xiàn)不同程度的腐蝕,所以設(shè)計(jì)人員需要做好鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)。

一般來(lái)講,為了提高鋼結(jié)構(gòu)的防腐性能,需要在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹防腐性能好的防腐涂料,而且需要在防腐涂料進(jìn)行保護(hù),防止防腐涂料遭受破壞;再者,為了避免溫度應(yīng)力給鋼結(jié)構(gòu)造成影響,在鋼結(jié)構(gòu)中涂抹一層砂漿,并用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來(lái)加強(qiáng),以限制收縮裂縫并保證鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,形成保護(hù)膜,同時(shí)為了避免鋼結(jié)構(gòu)超負(fù)荷作業(yè),可以分時(shí)段作業(yè),針對(duì)一些大型的器件盡量避免在鋼結(jié)構(gòu)上作業(yè)。另外,必須加強(qiáng)對(duì)高效性能鋼材的研究,這種高效性能鋼材主要指的是鋼材強(qiáng)度比較高,塑性和韌性也比較好,耐火性能優(yōu)良,只有不斷優(yōu)化了鋼結(jié)構(gòu)性能,才能保證鋼結(jié)構(gòu)很好地迎合工業(yè)廠房運(yùn)行需要。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)與其他建筑結(jié)構(gòu)相比,在使用中、設(shè)計(jì)、施工及綜合經(jīng)濟(jì)方面都具有較好的優(yōu)勢(shì),不僅能夠滿足工業(yè)廠房上大開(kāi)間靈活分割的要求,而且可以提高工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,減少工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)變形,保證工業(yè)廠房作業(yè)安全。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)必然會(huì)取得新的突破,以提高工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,進(jìn)而更好地迎合工業(yè)發(fā)展需要。