馮曉亮

摘要：在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)形式，能全面提升廠房施工實(shí)用性、功能性，降低廠房施工成本，提升廠房使用壽命。鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中要分析多項(xiàng)影響要素，整合施工作業(yè)各項(xiàng)要求，在滿足經(jīng)濟(jì)性的要求下，保證鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全性。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用

1鋼結(jié)構(gòu)概述

鋼材的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、整體剛度好、抵抗變形能力強(qiáng)，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;材料勻質(zhì)性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學(xué)的基本假定;材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動(dòng)力荷載;建筑工期短;其工業(yè)化程度高，可進(jìn)行機(jī)械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn)。

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)研究高強(qiáng)度鋼材，大大提高其屈服點(diǎn)強(qiáng)度;此外要軋制新品種的型鋼，例如H型鋼（又稱平行翼緣工字鋼）和T形鋼以及壓型鋼板等以適應(yīng)大跨度結(jié)構(gòu)和超高層建筑的需要。

2特點(diǎn)

2.1材料強(qiáng)度高，自身重量輕

鋼材強(qiáng)度較高，彈性模量也高。與混凝土和木材相比，其密度與屈服強(qiáng)度的比值相對(duì)較低，因而在同樣受力條件下鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面小，自重輕，便于運(yùn)輸和安裝，適于跨度大，高度高，承載重的結(jié)構(gòu)。

2.2鋼材韌性，塑性好，材質(zhì)均勻，結(jié)構(gòu)可靠性高

適于承受沖擊和動(dòng)力荷載，具有良好的抗震性能。鋼材內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均勻，近于各向同性勻質(zhì)體。鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作性能比較符合計(jì)算理論。所以鋼結(jié)構(gòu)可靠性高。

2.3鋼結(jié)構(gòu)制造安裝機(jī)械化程度高

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件便于在工廠制造、工地拼裝。工廠機(jī)械化制造鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件成品精度高、生產(chǎn)效率高、工地拼裝速度快、工期短。鋼結(jié)構(gòu)是工業(yè)化程度最高的一種結(jié)構(gòu)。

2.4鋼結(jié)構(gòu)密封性能好

由于焊接結(jié)構(gòu)可以做到完全密封，可以作成氣密性，水密性均很好的高壓容器，大型油池，壓力管道等。

2.5鋼結(jié)構(gòu)耐熱不耐火

當(dāng)溫度在150℃以下時(shí)，鋼材性質(zhì)變化很小。因而鋼結(jié)構(gòu)適用于熱車間，但結(jié)構(gòu)表面受150℃左右的熱輻射時(shí)，要采用隔熱板加以保護(hù)。溫度在300℃ 400℃時(shí).鋼材強(qiáng)度和彈性模量均顯著下降，溫度在600℃左右時(shí)，鋼材的強(qiáng)度趨于零。在有特殊防火需求的建筑中，鋼結(jié)構(gòu)必須采用耐火材料加以保護(hù)以提高耐火等級(jí)。

3工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1鋼架最優(yōu)柱距的確定

鋼架的柱距與鋼架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關(guān)。隨著鋼架柱距的增大，鋼架用鋼量是逐步下降的，但當(dāng)柱距增大到一定的數(shù)值后，鋼架的用鋼量隨著柱距的增大其下降的幅度較為平緩，而其他如檀條、墻梁的用鋼量隨著柱距的增大而增加，就房屋的總用鋼量而言，隨著柱距的增大先下降后上升。大量計(jì)算數(shù)據(jù)表明：一般情況下，門式鋼架的最優(yōu)柱距為6～9 m，柱距不宜超過9m，超過9m屋面檁條與墻梁體系的用鋼量增加太多，綜合造價(jià)并不經(jīng)濟(jì)。

3.2合理跨度的確定

在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)具體房屋的高度來確定合理的跨度，總體來說，當(dāng)荷載和柱高一定時(shí)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中就應(yīng)適當(dāng)加大房屋的跨度，這樣一來，鋼架的用鋼量整體增加不明顯，但卻很大程度上節(jié)省了空間。通過大量計(jì)算得出：當(dāng)檐口高度為7m、柱距8. 5m，荷載情況完全一致的情況下，跨度在18～48m之間的鋼架單位用鋼量為18～35kg/m2，當(dāng)檐口高度為12m時(shí)（其他情況相同），跨度在18～48m之間的鋼架單位用鋼量（Q235-B）為25～40kg/m2，因此，在工藝要求允許的情況下，設(shè)計(jì)人員選擇方案時(shí)應(yīng)選擇較為經(jīng)濟(jì)合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。

3.3柱間支撐

3.3.1柱間支撐的作用和要求

在工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)體系中，鋼柱、鋼梁、吊車梁作為直接受力的基本構(gòu)件（俗稱主鋼構(gòu)）固然重要，但是柱間支撐同樣不能忽視。柱間支撐起著承擔(dān)和傳遞水平力（吊車縱向剎車力、風(fēng)荷載、地震作用等）、提高結(jié)構(gòu)的整體剛度、保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定、減小鋼柱面外穩(wěn)定應(yīng)力、保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定等重要用。地震時(shí)，合理的支撐剛度能夠避免震害的加重。柱間支撐的布置要求是在建筑物的每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的支撐體系。對(duì)于廠房，一般每個(gè)柱列均布置柱間支撐。其中無吊車的房支撐間距不大于45米，有吊車的廠房柱間支撐間距不大于60米。在溫度區(qū)段內(nèi)柱間支撐宜對(duì)稱布置。具體項(xiàng)目中設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)建筑要求合理布置柱間支撐。一般在兩端第一開間均設(shè)置支撐，因使用功能要求第一開間無法設(shè)置時(shí)可適當(dāng)調(diào)整，但須設(shè)置相應(yīng)的剛性撐桿傳遞荷載給柱間支撐;同時(shí)注意柱間支撐盡量避開廠房大門。

3.3.2柱腳設(shè)計(jì)

輕鋼結(jié)構(gòu)柱腳形式有兩種：即鉸接柱腳和剛接柱腳。對(duì)于鉸接柱腳，基礎(chǔ)僅受軸心荷載作用，設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)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(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)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(jì)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(jì)成鉸接。有較大吊車的房屋，柱項(xiàng)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(chǔ)備。對(duì)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(jì)成剛接。

3.3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)中檁條的設(shè)計(jì)

檁條通常是風(fēng)荷載工況起控制作用，設(shè)計(jì)時(shí)常忽略驗(yàn)算風(fēng)吸力作用下的穩(wěn)定，導(dǎo)致大風(fēng)時(shí)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(jì)算中己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(jì)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(shí)，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中有些設(shè)計(jì)者對(duì)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(duì)中間墻面或屋面，如門窗洞口、屋面風(fēng)機(jī)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(duì)拉條、斜拉條、撐桿的傳力作用及途徑不清楚，同時(shí)也是對(duì)規(guī)范條文只知其然，不知其所以然，從而給圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來安全隱患。

結(jié)論

工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作要嚴(yán)格遵守法律法規(guī)制定的要求，并且要以提升工業(yè)建筑的安全性、穩(wěn)定性和可靠性為目標(biāo)，從結(jié)構(gòu)的選型到細(xì)節(jié)的把控進(jìn)行全面的考量，以最大程度保證取值的合理性。在設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，要充分總結(jié)，改進(jìn)不足，按照工業(yè)建筑的實(shí)際需要有所側(cè)重，保證鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]李偉.工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的探究[J].居舍，2018（29）：88.