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        基于廠房設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究大

        2017-11-28 10:11:26劉江
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2017年28期
        關(guān)鍵詞:技術(shù)要點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)

        劉江

        摘 要:鋼結(jié)構(gòu)因其具有強(qiáng)度高、自重輕、施工快、成本低等特點(diǎn),普遍應(yīng)用于工業(yè)廠房設(shè)計(jì)領(lǐng)域。但是,鋼結(jié)構(gòu)的防火性比較差、容易受到銹蝕,因而,為了確保廠房能夠安全、可靠地投入使用,必須不斷對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善優(yōu)化。本文將簡述鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn),并從溫度伸縮縫、支撐系統(tǒng)、防銹蝕、隔熱與防火、抗震等方面入手,進(jìn)行設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析。

        關(guān)鍵詞:廠房設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 技術(shù)要點(diǎn)

        中圖分類號(hào):TU392.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2017)10(a)-0161-02

        鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)廣泛應(yīng)用于大型廠房以及一些公共領(lǐng)域上,具有廣闊的發(fā)展前景。整體來說,鋼結(jié)構(gòu)廠房能夠使空間利用率達(dá)到最大化,并且質(zhì)量較輕、工程成本不高。同時(shí),鋼結(jié)構(gòu)廠房構(gòu)建相對(duì)簡便,環(huán)境污染相對(duì)較小,還可以循環(huán)利用,非常符合當(dāng)下綠色環(huán)保的時(shí)代要求。

        1 鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)

        首先,鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)跨度比較大,柱子比較高。鋼結(jié)構(gòu)廠房普遍應(yīng)用于重工業(yè)領(lǐng)域,其產(chǎn)品的尺寸以及重量通常都很大。因此,實(shí)際的生產(chǎn)需要決定了鋼結(jié)構(gòu)廠房的跨度以及頂高數(shù)值偏大。其次,縱向柱距較大。重工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)車間往往會(huì)有大型的銑、刨、車等機(jī)床、供電設(shè)備等,因而需要按照建筑行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)廠房進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),合理設(shè)置廠房縱向柱的間距。一般條件下,縱向柱的間距為12~240m之間,如果有特殊要求則會(huì)相應(yīng)加大。再次,吊車起重量大,且使用比較頻繁。在鋼結(jié)構(gòu)廠房的布局設(shè)計(jì)階段,對(duì)于吊車主要有兩種選擇:分別為重級(jí)、中級(jí)工作制吊車。另外,鋼結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件的截面相對(duì)比較大。為提高載荷能力,鋼結(jié)構(gòu)廠房對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求比較嚴(yán)格。在承重構(gòu)件上一般會(huì)選擇鋼板材料,在構(gòu)件結(jié)構(gòu)上一般會(huì)選取析架式或者格構(gòu)式。

        2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        2.1 溫度伸縮縫的設(shè)置

        在溫度的作用下,鋼結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力,進(jìn)而造成廠房發(fā)生形變。溫度應(yīng)力受柱子剛度、吊車軌頂標(biāo)高以及溫度變化范圍影響。假如,廠房的平面尺度偏大,那么建議在橫、縱方向上要預(yù)留溫度伸縮縫,進(jìn)而減小由溫度變化導(dǎo)致的溫度應(yīng)力,同時(shí),要按照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行溫度區(qū)間的劃分。設(shè)置溫度伸縮縫時(shí),通常會(huì)利用雙柱方法或者單柱方法進(jìn)行處理,對(duì)于縱向的溫度縫可以采用于屋外支座上再添置滾動(dòng)底座的方法;對(duì)于橫向的溫度縫可以對(duì)框架梁(KL)和檁條的銜接處的滑動(dòng)方式做一些處理,比如說,采用橢圓孔滑動(dòng)或者是槽鋼夾板滑動(dòng)。

        2.2 支撐系統(tǒng)設(shè)置

        由于鋼結(jié)構(gòu)廠房對(duì)于空間利用率、剛度以及載荷能力的要求比較高,因此,需要設(shè)置支撐系統(tǒng),從而避免廠房發(fā)生大幅度形變,提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。在進(jìn)行支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí),要充分考慮廠房的結(jié)構(gòu)、跨度和溫度區(qū)間,吊車的起重量以及振動(dòng)設(shè)備的影響等等。鋼結(jié)構(gòu)廠房常見的支撐有柱間支撐與屋蓋支撐兩種。下面將分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。

        2.2.1 柱間支撐

        鋼結(jié)構(gòu)廠房的各個(gè)溫度區(qū)間都應(yīng)該設(shè)有柱間支撐,同時(shí)需要注意屋蓋的橫向支撐的位置,避免二者發(fā)生沖突。下柱支撐的布置對(duì)廠房結(jié)構(gòu)的縱向變形起著決定性影響,同時(shí)也是影響溫度應(yīng)力的一個(gè)重要因素。應(yīng)該將下柱支撐盡量設(shè)置在廠房溫度區(qū)段的中間部位,以便為連系梁、系桿等縱向構(gòu)件的溫度變形提供伸縮空間;假如廠房的溫度區(qū)間不長,那么在區(qū)間中部設(shè)置1道下段柱支撐即可;但是,一旦溫度區(qū)間的長度超過150m時(shí),則需要設(shè)置2道下段柱支撐,進(jìn)而為廠房的縱向剛度提供保障。支撐的位置應(yīng)該設(shè)置在溫度區(qū)間的中間部位的1/3段內(nèi),且2道支撐的間距最好不要超過72m。此外,為了符合鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工要求,增強(qiáng)廠房頂部的縱向剛度,提高其抗風(fēng)、抗震能力,還需要在2道下段柱支撐之間設(shè)置上柱支撐。

        2.2.2 屋蓋支撐系統(tǒng)

        屋蓋支撐系統(tǒng)包括橫、縱向、垂直支撐以及系桿四部分。影響屋蓋支撐的設(shè)計(jì)因素有鋼結(jié)構(gòu)廠房的跨度和高度、屋蓋結(jié)構(gòu)、吊車起重量及位置設(shè)計(jì)、振動(dòng)設(shè)備等。大多數(shù)條件下,不管屋蓋結(jié)構(gòu)有沒有檁,都需要具備垂直支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)于無檁屋蓋結(jié)構(gòu)而言,屋面板和屋架之間有3個(gè)焊接點(diǎn),這同樣能夠承擔(dān)上弦支撐的角色,然而,由于受到實(shí)際施工以及安裝的制約,不管檁有否,屋蓋結(jié)構(gòu)都需要在屋架以及天窗架的上弦上布置橫向支撐。在以下三種情況下,屋蓋需要布置縱向水平:(1)支撐屋架間距超過12m;(2)廠房里配有特重級(jí)橋式吊車;(3)廠房里配有大型振動(dòng)設(shè)備。

        2.3 防銹蝕處理

        未做表面處理的鋼結(jié)構(gòu),長期與空氣接觸則容易發(fā)生銹蝕,如若鋼結(jié)構(gòu)廠房處于酸、堿以及潮濕環(huán)境中,則銹蝕程度會(huì)加大。鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生銹蝕會(huì)帶來很多危害,除了減少構(gòu)件截面的厚度之外,還會(huì)在其表面留下銹斑,進(jìn)而出現(xiàn)應(yīng)力集中的狀況,降低鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。所以,建筑單位要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕現(xiàn)象多加注意,要根據(jù)廠房所處的地理環(huán)境,采取最合理的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行廠房總圖設(shè)計(jì)、車間局部布置圖設(shè)計(jì)以及材料選擇,從而提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能,為廠房的安全使用提供保障。

        涂防銹漆是鋼結(jié)構(gòu)最常用的表面防銹蝕方式,涂層厚度以及層數(shù)主要受所處環(huán)境以及涂層特性的影響。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)在室內(nèi)使用,處于自然大氣中時(shí),防銹蝕漆需要在底漆的基礎(chǔ)之上在刷一層面漆,總厚度大約為100μm;當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)在露天環(huán)境使用或者處于工業(yè)大氣中時(shí),防銹蝕漆的厚度要達(dá)到150~200μm,有時(shí)還需加厚超過200μm。同時(shí),包裹鋼柱柱腳地下部分使用的混凝土強(qiáng)度級(jí)別要高于C20,且保護(hù)層要厚于50mm;當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)處于酸堿、或者潮濕等侵蝕環(huán)境中時(shí),型鋼厚度以及受力焊縫厚度都需要在8mm為佳。

        2.4 隔熱、防火設(shè)計(jì)

        當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí),鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度會(huì)與溫度成負(fù)相關(guān)關(guān)系,其塑性會(huì)不斷提高;當(dāng)溫度達(dá)到250℃時(shí),抗拉強(qiáng)度稍微加大,韌性降低,也就是所謂的藍(lán)脆現(xiàn)象;當(dāng)溫度達(dá)到250℃以上時(shí),鋼結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生徐變現(xiàn)象;當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí),鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會(huì)達(dá)到低谷,以致于出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。所以,一旦溫度在250℃以上,就必須要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔熱以及防火處理。常用的方法有以下兩種:其一,在鋼結(jié)構(gòu)外表面包裹防火轉(zhuǎn)、或者防火板材等;其二,刷涂防火涂料,涂層厚度需要按照《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定,計(jì)算得出。

        2.5 抗震設(shè)計(jì)

        鋼結(jié)構(gòu)本身具有一定的抗震性,然而,假如沒有合理的設(shè)計(jì)作為支撐,一旦地震強(qiáng)度較大,廠房極易遭到摧毀。因而,對(duì)廠房進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí),一定要把抗震系數(shù)考慮在內(nèi),必須按照相關(guān)抗震標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行抗震處理,進(jìn)而提高廠房的安全性能。

        進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn):(1)鋼結(jié)構(gòu)廠房的整體質(zhì)量以及剛度要均衡,保障受力均勻,盡可能減少由于剛度失衡而產(chǎn)生的變形不均;橫向結(jié)構(gòu)最好使用剛架或者框架,進(jìn)而充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的載荷能力,在一定程度上減少結(jié)構(gòu)形變。(2)桿件失穩(wěn)是破壞鋼結(jié)構(gòu)廠房的主因,因此,為了提高廠房的穩(wěn)定性能,進(jìn)行支撐系統(tǒng)的合理布局顯得至關(guān)重要。(3)地震會(huì)引發(fā)疲勞極限作用,因而在進(jìn)行結(jié)構(gòu)銜接設(shè)計(jì)時(shí),必須要確保結(jié)構(gòu)處于韌性工作狀態(tài),使其能夠承擔(dān)抗震的任務(wù)。(4)當(dāng)廠房圍護(hù)墻的抗震設(shè)防烈度在7~8度范圍內(nèi),可以使用鋼筋混凝土墻板或者是輕型墻板,譬如說型鋼板復(fù)合板、石棉瓦、瓦楞鐵等等;當(dāng)抗震設(shè)防烈度為9度時(shí),則最好要使用輕型墻板。

        3 結(jié)語

        綜上所述,隨著鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房的廣泛應(yīng)用,建筑物的穩(wěn)定性以及安全性成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)話題。所以,在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),要充分考慮溫度伸縮縫、支撐系統(tǒng)、防銹蝕、隔熱與防火、抗震等因素,對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化處理,進(jìn)而提高建筑的使用壽命,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 中國計(jì)劃出版社.GB50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2013.

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        [3] 才洪艷.鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].小企業(yè)管理與科技下旬刊,2011(6):239-240.endprint

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