【摘要】輕型鋼結(jié)構(gòu)具有較多的特點(diǎn)能夠保證在應(yīng)用中工業(yè)廠房具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。本文從輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)入手，簡要說明了輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計中應(yīng)用的優(yōu)勢，論述了工業(yè)廠房設(shè)計中輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實例，分析了輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要注意的問題。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)廠房；設(shè)計；輕型鋼結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)；應(yīng)用；優(yōu)勢；要求

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)相繼提速，為了保證工業(yè)生產(chǎn)的效率與質(zhì)量，工業(yè)廠房建設(shè)步伐加快。設(shè)計者們不斷應(yīng)用新材料、新工藝、新技術(shù)來提高工業(yè)廠房的質(zhì)量與功能，來滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。由于輕型鋼結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)點(diǎn)被設(shè)計人員所看好，在工業(yè)廠房建設(shè)中得到大量應(yīng)用。輕型鋼結(jié)構(gòu)不僅僅指由圓鋼，角鋼和薄壁型鋼組成的結(jié)構(gòu)，它具有更廣泛的內(nèi)容和含義。所謂輕型鋼結(jié)構(gòu)，除了具有較小的自重外，還要具有較高的經(jīng)濟(jì)效能。輕型鋼的主要代表形式有薄壁型鋼桁架結(jié)構(gòu)，實腹式和格構(gòu)式截面鋼架結(jié)構(gòu)和屋面體系為網(wǎng)架或網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)[1]三種。判斷工業(yè)廠房設(shè)計中是否應(yīng)用輕型鋼結(jié)構(gòu)，除了用鋼量外，還要看其結(jié)構(gòu)形式是否為輕型鋼結(jié)構(gòu)。

一、輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

輕型鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)具有較多的特點(diǎn)，其一是材料強(qiáng)度高，自重較輕。輕型鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度比普通混凝土的強(qiáng)度要高出25倍左右，而且不產(chǎn)生裂縫，在工程中具有較好的結(jié)構(gòu)性。由于輕型鋼材的顯著特點(diǎn)是自重小，特別是在大型工程中，其自重遠(yuǎn)遠(yuǎn)比其它結(jié)構(gòu)小幾倍，從而降低了由高自重引發(fā)的施工困難的發(fā)生率。其二是塑性和韌性好。由于鋼結(jié)構(gòu)具有我好的塑性變形特性，當(dāng)某種原因?qū)е缕渌Y(jié)構(gòu)斷裂時，同時發(fā)生在鋼結(jié)構(gòu)上則只是表現(xiàn)為塑性變形，而且變形具有緩沖期，能夠為安全撤離提供充足的時間保障。韌性好表現(xiàn)在具有很強(qiáng)的吸收能量的能力，良好的耗能機(jī)制，對動態(tài)荷載的適應(yīng)性強(qiáng)，抗震性能優(yōu)良[2]。其三是鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)地均勻，易于進(jìn)行受力計算分析。其四是制造具有商業(yè)開發(fā)性。由于輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其生產(chǎn)加工速度快，精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化制造，而且應(yīng)用安裝簡單，可檢性可控性好。

二、輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計中應(yīng)用的優(yōu)勢

2.1輕型鋼結(jié)構(gòu)造價較低

由于輕型鋼結(jié)構(gòu)為集中生產(chǎn)，商業(yè)化模式運(yùn)營，使得輕型鋼結(jié)構(gòu)的造價較低，一般每平方米為500元左右。而其它結(jié)構(gòu)的造價每平方米都在700元以上，因此，可以大大降低工程投入，能夠大大提高工程效益，對于業(yè)主來說，其資金投入預(yù)算就要少得多。

2.2輕型鋼結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度快

輕型鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)具有標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，決定了輕型鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)、安裝與應(yīng)用具有機(jī)械化程度高、用工量少的優(yōu)點(diǎn)，不但提高施工進(jìn)度，而且降低施工成本。

2.3輕型鋼結(jié)構(gòu)的施工受環(huán)境影響較小

受冬季施工影響小，工人勞動強(qiáng)度低，符合施工文明化進(jìn)程的需要[3]。

2.4輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用對環(huán)境污染少

輕型鋼結(jié)構(gòu)對人體不會產(chǎn)生危害，而且對環(huán)境的破壞幾乎為零，材料可以回收再利用。

三、工業(yè)廠房設(shè)計中輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實例

3.1工程概況

圖1門式輕型鋼結(jié)構(gòu)平面圖

某鋼結(jié)構(gòu)廠房，采用門式輕型鋼架結(jié)構(gòu)，總跨度為36m，長度100m，柱距18m，屋面坡度為1：15，屋面墻面均采用鍍鋅鋼板。設(shè)計使用年限50年，抗震設(shè)烈度為七度，鋼架鋼材采用Q345B型鋼材，焊條型號為E50。

3.2結(jié)構(gòu)體系

設(shè)計時，首先要明確門式輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房各構(gòu)件的最大負(fù)荷，為了增加穩(wěn)固性需要設(shè)置支撐體系，保證廠房的使用壽命。單層廠房輕型鋼結(jié)構(gòu)一般由橫向鋼框架、屋蓋鋼結(jié)構(gòu)、支撐體系、吊車梁和制動梁以及墻架等構(gòu)成。此外，還有一些次要的構(gòu)件如梯子、走道、門窗等，在某些單層廠房鋼結(jié)構(gòu)中，由于工藝操作上的要求，還可能設(shè)有工作平臺[4]。

3.3柱網(wǎng)平面布置及溫度伸縮縫的設(shè)置

1）當(dāng)鋼構(gòu)廠房的橫向長度較大時，一般可將邊列柱的上段柱剛度減小，使之產(chǎn)生塑性變形，從而避免設(shè)計縱向溫度伸縮縫。

2）門鋼結(jié)構(gòu)的縱向溫度區(qū)段長度不大于300m，橫向溫度區(qū)段長度不大于150m。如需如設(shè)置溫度伸縮縫，溫度伸縮縫一般采用設(shè)置雙柱的辦法處理，在非地震區(qū)也可采用設(shè)計單柱的辦法處理。

3）為減少構(gòu)件類型，采用雙柱的伸縮縫，柱軸線與橫向定位軸線的關(guān)系應(yīng)與廠房端部柱的處理相同，一般采用不加插入距的方案，亦可采用加插入距的方案。

4）雙柱伸縮縫處兩相鄰柱中心線間的距離C，由柱腳的外包尺寸確定，并留出不小于30~50mm的凈空，設(shè)計時可參考下列數(shù)值選用：輕、中型廠房C=1000mm；重、特重型廠房C=1500或2000mm。

3.4墻架、支撐的設(shè)置

門式輕型鋼結(jié)構(gòu)在墻架最好在鋼架柱以外，并依據(jù)墻板規(guī)格進(jìn)行計算得出布置間距，在設(shè)計時將門窗等因素考慮進(jìn)去，增強(qiáng)人性化的設(shè)計。對于支撐體系的架設(shè)，需要針對溫度區(qū)段、屋蓋設(shè)計橫向支撐體系，在屋面轉(zhuǎn)折處和屋蓋邊緣設(shè)置縱向支撐體系，且柱間支撐和屋面支撐均采用型鋼支撐。

3.5輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的安裝

門鋼的安裝需根據(jù)設(shè)計圖紙的要求精心施工，本工程現(xiàn)場安裝連接主要采取以下措施：

1）鋼柱與基礎(chǔ)錨栓的連接采用雙螺母加焊。

2）壓型板與檁條采用自攻螺栓連接。

3）屋面檁條與檁托采用M12永久螺栓連接；屋面支撐采用M16安裝螺栓加焊；鋼架安裝時先做好臨時支撐，屋面檁條安裝好后，將支撐花籃螺絲擰緊；各構(gòu)件之間必須保證連接可靠；

4）每個高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力見表1所示，而開孔的規(guī)定見表2所示。

四、工業(yè)廠房設(shè)計中輕型鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用需要注意的問題

4.1輕型鋼結(jié)構(gòu)的防腐問題

鋼材最大的缺點(diǎn)就是遇濕生銹，引起鋼結(jié)構(gòu)腐蝕，時間一長，就會降低鋼結(jié)構(gòu)整體抗性，從而增加工業(yè)廠房的維護(hù)費(fèi)用，降低使用年限。因此，工業(yè)廠房設(shè)計中必須重視輕型鋼結(jié)構(gòu)的防腐問題。為了解決此問題，常常在鋼結(jié)構(gòu)的外表進(jìn)行涂層保護(hù)，以防止其生銹。

4.2鋼結(jié)構(gòu)的防火問題

鋼結(jié)構(gòu)遇熱延長，是其本身的特性，這也成為其應(yīng)用的缺點(diǎn)之一。鋼遇火剛出現(xiàn)變軟變脆現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象[5]。因此，在設(shè)計時，必須考慮防火因素。因此，鋼結(jié)構(gòu)涂層除了具有防腐能力外，還要具有防火要求。另外，在防火等級上要達(dá)到二級極限要求，并設(shè)立廠房防火區(qū)域，加強(qiáng)管理，盡量降低因火產(chǎn)生的事故率。

五、總結(jié)語

輕型鋼結(jié)構(gòu)具有其它建筑結(jié)構(gòu)不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，使得輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計中廣泛應(yīng)用。但是輕型鋼結(jié)構(gòu)也具有不可忽視的缺點(diǎn)，必須認(rèn)真對待，在設(shè)計中加以防范，才能保證工業(yè)廠房的使用年限和安全可靠。