沈戎 李杰 朱國(guó)靖

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中由于用鋼量少，安裝設(shè)計(jì)時(shí)間短，工業(yè)化生產(chǎn)程度高，特別在廠房、倉庫等大跨度結(jié)構(gòu)中得到更廣泛的應(yīng)用，隨著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的日益成熟，鋼結(jié)構(gòu)建筑必將得到更大發(fā)展。設(shè)計(jì)師也要與時(shí)俱進(jìn)，把握時(shí)代脈搏，做出更經(jīng)濟(jì)、更合理、更低碳環(huán)保的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文進(jìn)一步分析了鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以供同仁參考借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)廠房；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房支撐系統(tǒng)時(shí)要遵循的原則

在布置支撐系統(tǒng)時(shí)要注意保證鋼結(jié)構(gòu)廠房的工作空間，使廠房的承受能力、整體的剛度、傳遞縱向的水平力都得到很好的控制，這樣才能有有效的避免壓桿的不穩(wěn)定性，防止桿件出現(xiàn)變形的狀況。只有這樣，才能夠建筑結(jié)構(gòu)在整體上更加的穩(wěn)定。此外，在設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)該考慮廠房結(jié)構(gòu)的具體形式、車間吊車的設(shè)置情況、廠房的跨度、廠房的溫度以及相關(guān)的振動(dòng)設(shè)備。在廠房的每一個(gè)溫度區(qū)段都應(yīng)該設(shè)置穩(wěn)定的柱間支撐系統(tǒng)，設(shè)置的柱間支撐系統(tǒng)要和屋蓋橫向的水平支撐相互協(xié)調(diào)。下柱支撐對(duì)廠房的結(jié)構(gòu)有很大的影響，它決定著廠房結(jié)構(gòu)的變形方向，還對(duì)廠房的溫度應(yīng)力有很大影響。在布置下柱支撐系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該盡量使其設(shè)置在溫度區(qū)段的中部，這樣才能夠保證縱向構(gòu)件能夠在溫度的變化下能夠自由的向區(qū)段兩邊移動(dòng)。如果溫度的區(qū)段長(zhǎng)度很小，那么就可以在溫度區(qū)段上裝置一道下段柱，這樣可以起到一定的支撐作用，但是要注意的是，當(dāng)溫度區(qū)段的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，大于一百五十米時(shí)，要想使廠房的縱向剛度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，就要在溫度區(qū)段上安裝兩道下段柱，這樣才能夠保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但是在布置時(shí)要注意下段柱的安裝位置，盡量在溫度區(qū)段的三分之一處。這樣可以降低溫度應(yīng)力，防止其過大。此外，要注意兩道支撐中間的距離，盡量不要大于72米。

2 鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)要點(diǎn)

2.1 廠房結(jié)構(gòu)體系的選型

廠房結(jié)構(gòu)方案的選擇主要是從滿足工藝流程、建筑節(jié)能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等方面綜合考慮確定的。格構(gòu)式鋼框架也是可選擇方案之一，它選擇鋼綴條柱和桁架構(gòu)成平面框架，以雙層保溫壓型鋼板作為屋蓋和墻體的圍護(hù)。柱-網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案是另一個(gè)可選擇方案。采用輕鋼或鋼筋混凝土柱作為承重結(jié)構(gòu)，屋蓋采用鋼網(wǎng)架承重，上設(shè)雙層保溫壓型鋼板屋蓋，墻體可選用保溫壓型鋼板，也可選用砌體作保溫圍護(hù)?，F(xiàn)行方案的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕盈、經(jīng)濟(jì)性好。制造和安裝周期短，造價(jià)較低，外形和內(nèi)部都較為美觀，符合建設(shè)單位要求，因而得以實(shí)施。但是已建結(jié)構(gòu)也存在著它固有的弱點(diǎn)，主要是結(jié)構(gòu)剛度較差，特別是對(duì)于存在長(zhǎng)期積雪可能的高寒地區(qū)，剛度問題會(huì)表現(xiàn)出來。此外在高寒地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性也有待于考察。但作為一個(gè)高速發(fā)展領(lǐng)域的產(chǎn)品生產(chǎn)廠房，它的產(chǎn)品本身有高換代性，因而這些問題將不會(huì)影響到生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2.2 門式剛架柱網(wǎng)尺寸的選擇及結(jié)構(gòu)體系的布置

門式剛架柱網(wǎng)布置首先應(yīng)滿足廠房工藝使用的要求，門式剛架間距通常為6m～9m，不論是否具有吊車、門式剛架的合理柱距，建議采用8m～9m，因?yàn)楣こ讨袠?gòu)件數(shù)量的多少，將直接影響加工、安裝的工程量、施工進(jìn)度及造價(jià)，一個(gè)工程采用9m柱距時(shí)的剛架、檁條、吊車梁等構(gòu)件的數(shù)量要比采用6m柱距時(shí)約減少30%，雖然其截面有所增大，但其對(duì)縮短施工周期、降低工程造價(jià)的有利影響十分明顯。門式剛架的較經(jīng)濟(jì)跨度建議在21m～24m范圍內(nèi)采用，其合理的最大跨度不宜大于36m。其次，結(jié)構(gòu)體系的選擇。檁條和墻梁既是承受豎向和水平荷載的構(gòu)件，也是剛架和剛架之間的連系構(gòu)件。廠房縱向水平力由支撐體系承受，在每個(gè)溫度區(qū)段端部柱間或第二柱間應(yīng)設(shè)置屋蓋橫向支撐，其余位置每隔40m左右設(shè)置一道橫向支撐，以使整個(gè)房屋形成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。門式剛架輕型結(jié)構(gòu)房屋的縱向溫度區(qū)段不大于300m；橫向溫度區(qū)段不大于150m。

2.3 屋面支撐系統(tǒng)

屋蓋支撐系統(tǒng)的布置應(yīng)根據(jù)廠房跨度、高度、柱網(wǎng)布置、屋蓋結(jié)構(gòu)形式、吊車噸位和所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度等條件來決定。一般情況下無論有檁或無檁體系的屋蓋結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)置垂直支撐；在無檁體系中，大型屋面板有三點(diǎn)和屋架焊接，可起到上弦支撐作用，但考慮到施工條件的限制和安裝需要，無論有檁或無檁體系屋蓋均應(yīng)在屋架上弦和天窗架上弦設(shè)置上弦橫向支撐。對(duì)于屋架間距不小于12m 的廠房或廠房?jī)?nèi)設(shè)有特重級(jí)橋式吊車或廠房?jī)?nèi)有較大振動(dòng)設(shè)備的均應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐。屋面的排水及防水設(shè)計(jì)在屋面設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)考慮，根據(jù)《屋面工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，屋面坡度最小為5%，在積雪較大的地區(qū)，坡度應(yīng)適當(dāng)加大。單坡屋面的長(zhǎng)度主要取決于所在地區(qū)的溫差以及降雨所形成的最大水頭高度。根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，單坡屋面長(zhǎng)度宜控制在 70m 以內(nèi)。目前，市場(chǎng)上鋼結(jié)構(gòu)屋面的做法常用的有兩種：①剛性屋面：雙層彩色壓型鋼板內(nèi)夾保溫棉；②復(fù)合柔性屋面：由屋面彩鋼板內(nèi)板、隔氣層、保溫層、卷材防水層組成。

2.4 抗震性

鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震性對(duì)廠房的安全性也有很重要的作用。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房做抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：首先，在總體布置方面要求廠房結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度均勻分布，使廠房受力均勻，變形協(xié)調(diào)，盡量避免因結(jié)構(gòu)剛度不均勻?qū)拐鹪斐刹焕绊?，廠房橫向結(jié)構(gòu)宜采用剛架或者使屋架與柱有一定固結(jié)的框架，以便充分利用鋼結(jié)構(gòu)的受力性能并減少橫向結(jié)構(gòu)變形；其次，鋼結(jié)構(gòu)廠房的破壞一般情況不是由于桿件強(qiáng)度不足而常常因?yàn)闂U件失穩(wěn)而造成，所以合理布置支撐系統(tǒng)，保證廠房結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房尤為重要；最后，在地震作用下，存在著低周疲勞作用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意其對(duì)廠房的影響。對(duì)結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證節(jié)點(diǎn)的破壞不先于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的全截面屈服，應(yīng)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件能進(jìn)入塑性工作，充分吸收地震能量發(fā)揮其抗震能力。這樣才能保證建筑的質(zhì)量，防止遇到地震后出現(xiàn)過大的傷亡或損失。

2.5 耐熱及防火

鋼材具有很高的導(dǎo)熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)為50w（m·℃），當(dāng)受熱達(dá)到100℃以上時(shí)，其抗拉強(qiáng)度就會(huì)降低，塑性增大；溫度達(dá)到 250℃時(shí)，鋼材抗拉強(qiáng)度會(huì)稍提高，但塑性卻降低，出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象；溫度達(dá)到 500℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度降至很低，會(huì)致使鋼結(jié)構(gòu)塌落。所以當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)所處環(huán)境溫度達(dá)到 150℃以上時(shí)，就必須做隔熱防火設(shè)計(jì)。其做法一般為：鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)包耐火磚、混凝土或硬質(zhì)防火板材。或者鋼結(jié)構(gòu)表面刷厚涂型防火涂料，厚度按《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料技術(shù)規(guī)程》計(jì)算。

2.6 防腐

鋼結(jié)構(gòu)廠房容易受到環(huán)境的影響而被腐蝕。若是鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕問題，則會(huì)造成構(gòu)件截面縮小及在受力過程中發(fā)生應(yīng)力集中情況，進(jìn)而縮短鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的使用年限?，F(xiàn)階段，為了防止鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕問題，提升其抗腐蝕性，我國(guó)主要是通過防銹防腐涂料的使用，作用是使鋼結(jié)構(gòu)材料與各種腐蝕因子，比如說氯離子、氧氣以及水蒸氣等隔離開來，以使鋼結(jié)構(gòu)獲得充分的保護(hù)。另外在涂刷防腐材料的過程中，需要針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位具體的防銹防腐要求，對(duì)防腐涂料的厚度加以控制。

3 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要，它不僅是工作人員生命財(cái)產(chǎn)安全的保證，也是工業(yè)行業(yè)能否獲得更好發(fā)展的關(guān)鍵。因此，作為一名設(shè)計(jì)人員，深刻體會(huì)到鋼結(jié)構(gòu)廠房相對(duì)于傳統(tǒng)廠房結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)越性，推廣鋼結(jié)構(gòu)形式和提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平已顯得相當(dāng)重要，要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量達(dá)到一個(gè)最優(yōu)值，使廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到優(yōu)化。

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