【摘 要】由于鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、塑（延）性好、自重輕、施工工期短、制作方便、節(jié)能環(huán)保、構(gòu)件可重復(fù)利用、地基基礎(chǔ)費用省等優(yōu)點，鋼結(jié)構(gòu)越來越多的應(yīng)用于工業(yè)廠房的建設(shè)中。但是由于受傳統(tǒng)發(fā)展理念的制約，設(shè)計師在廠房設(shè)計階段會遇到不同的問題，導(dǎo)致廠房設(shè)計質(zhì)量存在諸多問題，這直接導(dǎo)致了后期施工建設(shè)不達標，給企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟損失，因此必須重視工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。本文重點探討了工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；柱腳設(shè)計；檁條；耐熱

一、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房

廠房一般有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)。應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)廠房具有以下幾個方面的優(yōu)點：（1）鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比較，混凝土結(jié)構(gòu)具有較為復(fù)雜的建筑工藝，且不具備較強的防震能力，而鋼結(jié)構(gòu)因自重輕，不但能夠彌補這些缺陷，還可以有效降低了地基承載力。（2）在實際施工過程中具有較快的安裝速度，而鋼結(jié)構(gòu)的組成零件可以進行大批量工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用設(shè)備實施給料、焊接和開孔等作業(yè)，并及時處理好表面結(jié)構(gòu)，有利于實際建設(shè)中的拼裝施工，在一定程度上可以減少施工周期。（3）鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通常會應(yīng)用具有較高強度的材料，而鋼結(jié)構(gòu)廠房因投資成本不高，且拆遷便利，所以可以反復(fù)回收利用，避免了材料的浪費，對環(huán)境起到很好的保護作用。

二、工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

（一）屋面支撐與柱間支撐的確定

支撐的作用主要是保證結(jié)構(gòu)體系成為空間體系，有足夠的空間剛度。支撐所受力主要是風(fēng)載和地震作用，溫度作用。計算支撐內(nèi)力時一般假定節(jié)點為鉸接，并忽略偏心的影響，并且一般的支撐都是按拉桿考慮，所以，一般適宜雙向布置。

1.屋面支撐

屋面支撐受力較小，桿件截面通?？砂慈菰S長細比來選擇。交叉斜桿和柔性細桿按拉桿設(shè)計，可采用單角鋼；非交叉斜桿、弦桿、豎桿以及剛性系桿按壓桿設(shè)計，可采用雙角鋼組成十字形或T形截面。當(dāng)屋架跨度較大、房屋較高且基本風(fēng)壓也較大時，桿件截面應(yīng)按桁架體系計算出的內(nèi)力確定。計算支撐桿件內(nèi)力時，可假定在水平荷載作用下，交叉斜桿中的壓桿退出工作，僅由拉桿受力。

2.柱間支撐

對廠房來說：分為上層支撐和下層支撐，上層支撐計算時，為避免由于支撐剛度過大而引起較大的溫度應(yīng)力，支撐腹桿常按柔性拉桿計算。交叉體系的下層支撐當(dāng)?shù)踯囎饔幂^小時一般圓鋼，較大時通常采用角鋼或槽鋼。交義斜桿常按拉桿設(shè)計，但為了提高廠房的縱向剛度，當(dāng)?shù)踯囕^大時，應(yīng)按壓桿設(shè)計。

（二）柱腳設(shè)計

輕鋼結(jié)構(gòu)柱腳形式有兩種：即鉸接柱腳和剛接柱腳。對于鉸接柱腳，基礎(chǔ)僅受軸心荷載作用，設(shè)計相對比較簡單。但部分輕鋼節(jié)結(jié)構(gòu)廠房都有吊車，依據(jù)《輕鋼結(jié)構(gòu)剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：用于工業(yè)廠房且有5t以上的橋式吊車時，宜將柱腳設(shè)計成剛接；《技術(shù)措施結(jié)構(gòu)2003）規(guī)定：當(dāng)設(shè)有橋式和梁式吊車時，輕鋼結(jié)構(gòu)剛架柱宜采用等截面構(gòu)件，柱腳應(yīng)設(shè)計成剛接。因此5t以上的橋式和梁式吊車的門剛結(jié)構(gòu)柱腳應(yīng)設(shè)計成剛接；3t及以下懸掛式吊車和無吊車的門剛結(jié)構(gòu)，柱腳才可以設(shè)計成鉸接。有較大吊車的房屋，柱頂位移較大，柱腳采用剛接，使得每榀剛架形成超靜定結(jié)構(gòu)，不但能減小柱頂位移而且具有更大的安全儲備。對于高寬比和風(fēng)荷載較大的無吊車門剛結(jié)構(gòu)，柱腳也宜設(shè)計成剛接。

同時當(dāng)柱底板與混凝土基礎(chǔ)間的摩阻力不足以抵抗全部的水平剪力時柱腳還應(yīng)設(shè)置抗剪鍵，抗剪鍵的設(shè)置需要計算。在基礎(chǔ)施工時應(yīng)留置鍵槽，鍵槽每側(cè)寬出抗剪鍵不小于30mm，底部空隙高度不小于20mm。在柱腳底板和基礎(chǔ)頂面之間留有一定空間，柱腳鉸接時不宜大于50mm，柱腳剛接時不宜大于100mm。

（三）圍護結(jié)構(gòu)中檁條的設(shè)計

檁條通常是風(fēng)荷載工況起控制作用，設(shè)計時常忽略驗算風(fēng)吸力作用下的穩(wěn)定，導(dǎo)致大風(fēng)時很容易失穩(wěn)破壞。為了保證風(fēng)吸力作用下的整體穩(wěn)定，通常在檁條之間設(shè)置拉條。計算中已考慮拉條的作用而施工圖中忽略了布置拉條或拉條布置不當(dāng)都將導(dǎo)致檁條失穩(wěn)破壞。正確的拉條布置位置是根據(jù)計算結(jié)果在檁條上下翼緣附近，在上下穩(wěn)定均需要拉條約束時，在實際工程設(shè)計中有些設(shè)計者對屋面或墻架最上端檁條的側(cè)向支撐，如拉條、斜拉條、撐桿能正確設(shè)置，但對中間墻面或屋面，如門窗洞口、屋面風(fēng)機開孔處、屋面天窗（采光窗）等處，經(jīng)常只設(shè)拉條，而漏設(shè)斜拉條和撐桿等，根本無法將拉條上的拉力傳至承重結(jié)構(gòu)上。其根本原因是對拉條、斜拉條、撐桿的傳力作用及途徑不清楚，同時也是對規(guī)范條文只知其然，不知其所以然，從而給圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來安全隱患。

（四）提高耐熱性能的設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)使用鋼材為建設(shè)原料，鋼材屬于金屬類別，因而具有較強的導(dǎo)熱性能。在鋼結(jié)構(gòu)廠房中，這種導(dǎo)熱性能卻具有危害性，耐熱性能不高使得整個廠房的防火功效令人擔(dān)憂。據(jù)科學(xué)研究表明，以250度溫度為界：在250度以下，隨著溫度的提高，鋼材的抗拉強度會減小，而塑性有所提高；在250度以上，隨著溫度的提高，剛才的抗拉強度會增大，而塑性有所降低，同時鋼材的強度變?。划?dāng)溫度達到500度時，鋼材的強度就會降到最低。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用到廠房建設(shè)中時，溫度過高就會給廠房帶來倒塌的危險，為此需要在提高廠房耐熱性能方面做出改善。提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能可以從材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)3個層次考慮，另外有效的防火保護措施也是提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的一個重要途徑。

1.提高鋼材耐火性能

鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能取決于鋼材，因此提高鋼材的耐火性能是提高鋼結(jié)構(gòu)抗火性能的根本之道。應(yīng)用建筑耐火、耐候鋼：通過在鋼材中添加耐高溫的合金元素Mo、Cr、Nb等，使得鋼材在600℃時的屈服強度不小于常溫屈服強度的2/3，且其他性能與相應(yīng)規(guī)格的普通結(jié)構(gòu)鋼基本一致。此外由于它的耐火性能好，可以在施工時適當(dāng)減小保護層的厚度，甚至可以不涂防銹漆，這樣可以節(jié)省一定成本。防火涂料是施工時涂抹在鋼架表面，形成一層耐火隔熱的保護膜，提高鋼架耐火性能的材料，其類型可分：薄型、超薄型和厚型等幾種涂料。厚型涂料是顆粒狀材料，在高溫情況下靠涂料自身的厚度和較低的導(dǎo)熱性能對鋼架構(gòu)件起到隔熱的作用。超薄型和薄型涂料自身厚度較薄，在高溫情況下涂層會膨脹增厚來保護鋼架，避免其過熱。這兩種類型適和隱蔽結(jié)構(gòu)、裸露的鋼梁和斜撐等鋼架構(gòu)件使用。

2.采用防火能力強的構(gòu)件

采用鋼混組合構(gòu)件，如鋼筋混凝土柱、型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱等可以有效提高耐火極限，且鋼管直徑越大，耐火時間越長。還可以利用非燃燒體的圍護或分離構(gòu)件，如非燃墻體為鋼構(gòu)件提供防火保護，而不需另做防火保護層。對于裸露在外的鋼構(gòu)件，則應(yīng)采取合理的防火保護構(gòu)造。

3.采用有利于防火的結(jié)構(gòu)形式

采用鋼混組合結(jié)構(gòu)，如鋼板混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)，或者在關(guān)鍵部位比如樓板和樓梯這種對防火要求較高的部位采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)防火保護構(gòu)造作法應(yīng)合理、堅固、經(jīng)濟、易于施工并利于裝修。

參考文獻：

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