【摘要】隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷向前發(fā)展，工業(yè)廠(chǎng)房的數(shù)量也在不斷增長(zhǎng)，并且很多工業(yè)廠(chǎng)房主要是以鋼結(jié)構(gòu)為主。基于此，本文以工業(yè)廠(chǎng)房輕型化設(shè)計(jì)工作為例展開(kāi)相關(guān)分析和研究，有效提出多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠(chǎng)房的結(jié)構(gòu)體系與布置工作特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)工業(yè)廠(chǎng)房輕型化設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)進(jìn)行深入探索，充分發(fā)揮出多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠(chǎng)房的使用工作優(yōu)勢(shì)，提高工業(yè)廠(chǎng)房的結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性，降低工程整體經(jīng)濟(jì)造價(jià)，為后續(xù)類(lèi)似工業(yè)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)工作開(kāi)展提供有效參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)廠(chǎng)房;多層鋼結(jié)構(gòu);輕型化;設(shè)計(jì);應(yīng)用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠(chǎng)房與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土廠(chǎng)房進(jìn)行對(duì)比，多層輕型鋼結(jié)構(gòu)具有自重更輕、材料消耗量更少、抗震性能更強(qiáng)以及施工效率更快等多方面優(yōu)勢(shì)，多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠(chǎng)房在設(shè)計(jì)制造和施工方面具有一體化的特性，因此工程項(xiàng)目的建設(shè)周期更短、經(jīng)濟(jì)效益更加明顯。鋼結(jié)構(gòu)材料屬于一種綠色環(huán)保型材料，通過(guò)使用螺栓進(jìn)行連接，不存在濕作業(yè)，噪音更小，污染程度更低，因此受到我國(guó)各大工業(yè)產(chǎn)業(yè)的廣泛使用和認(rèn)可，同時(shí)也受到人們的廣泛關(guān)注和重視。

1、多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

1.1 結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成

由于工業(yè)廠(chǎng)房的鋼結(jié)構(gòu)層數(shù)更少、高度更低，因此通常情況下，多層輕鋼工業(yè)廠(chǎng)房主要是以純鋼結(jié)構(gòu)框架為主，屬于一種框架支撐結(jié)構(gòu)。在工業(yè)廠(chǎng)房的設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，必須要合理選擇鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成體系，最大限度上減少鋼材料的使用量，有效滿(mǎn)足工業(yè)廠(chǎng)房的輕型化設(shè)計(jì)工作要求和標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 純鋼結(jié)構(gòu)框架

某些工業(yè)廠(chǎng)房因?yàn)楦鞣N機(jī)械設(shè)備的使用需求，需要進(jìn)行大量的設(shè)備擺放和管線(xiàn)設(shè)置等，受到這些因素的影響，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間不能使用大量的支撐柱來(lái)進(jìn)行支撐，因此需要在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，選用純鋼結(jié)構(gòu)框架體系。純框架結(jié)構(gòu)通常情況下，包含箱型柱或者H型柱以及工字形鋼梁結(jié)構(gòu)組構(gòu)成，因?yàn)樵诮ㄖw的縱橫兩個(gè)方向梁柱之間需要形成對(duì)接，同時(shí)四面銜接的箱形柱結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量相對(duì)較多同時(shí)具有一定的復(fù)雜性。純框架結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)工作相對(duì)比較靈活，可以為鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房?jī)?nèi)部提供出更大的室內(nèi)空間，并且鋼結(jié)構(gòu)各部分的剛性程度分布比較均勻?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的延展性相對(duì)較強(qiáng)，制證自振周期較長(zhǎng)，因此可以起到良好的抗震作用和效果[1]。如圖1。

1.3 框架支撐結(jié)構(gòu)

相比于純鋼框架結(jié)構(gòu)而言，框架支撐結(jié)構(gòu)具有消耗鋼材料更少、節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成更加簡(jiǎn)單、鋼結(jié)構(gòu)側(cè)移剛性程度更大等多方面特點(diǎn)?？蚣苤误w系主要是通過(guò)工字形鋼梁柱所構(gòu)成，支撐體通常設(shè)置成X型，同時(shí)也可以設(shè)計(jì)成人字形或者是偏心支撐結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通常情況下是以橫向承重體系，縱向支撐梁以及支撐柱結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，通過(guò)樓板起到內(nèi)部空間相互關(guān)聯(lián)的作用和效果。基于這一設(shè)計(jì)形式下，鋼結(jié)構(gòu)的縱向相當(dāng)于排架結(jié)構(gòu)剛性程度相對(duì)較小，因此需要保證在縱向方向上設(shè)置支撐體，提供主鋼架的平面外約束，可以有效抵御外部風(fēng)力荷載以及地震災(zāi)害所產(chǎn)生的作用力，輕型鋼結(jié)構(gòu)的屋蓋鋼度相對(duì)較小，因此為了有效提高鋼結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，需要在支撐柱的開(kāi)間位置設(shè)置出橫向支撐結(jié)構(gòu)，有效保證支撐體兩端的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[2]。如圖2。

1.4 鋼維護(hù)結(jié)構(gòu)

彩色涂層的壓型鋼板與夾心金屬板自重相對(duì)較小、保溫隔熱性能更強(qiáng)、安裝施工效率更快同時(shí)外表更加美觀，在我國(guó)各大工業(yè)廠(chǎng)房當(dāng)中應(yīng)用非常明顯，多層輕質(zhì)鋼維護(hù)結(jié)構(gòu)的有效使用，可以最大限度上降低鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的自重大小，同時(shí)可以降低基礎(chǔ)工程的施工要求。外墻體部分可以通過(guò)使用非承重式墻體結(jié)構(gòu)，比如鍍鋁新型壓板，底層部位的墻體使用的是空心砌體結(jié)構(gòu)保溫材料，主要是以玻璃絲棉材料為主，對(duì)于保溫性能要求相對(duì)較高的廠(chǎng)房，可以將玻璃絲棉材料的厚度進(jìn)行適當(dāng)提升。

2、多層鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的設(shè)計(jì)工作方法和應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)工作方法

傳統(tǒng)形勢(shì)下，我國(guó)很多工業(yè)廠(chǎng)房在設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)通過(guò)人工的手段和簡(jiǎn)化公式的計(jì)算設(shè)計(jì)工作方法，但是在實(shí)際工作過(guò)程中，通常是用有限元結(jié)構(gòu)模型分析鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成情況，或者是直接使用專(zhuān)用的工業(yè)廠(chǎng)房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作程序。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震烈度為6度以上的區(qū)域，需要有效考慮到水平地震力所產(chǎn)生的作用和影響結(jié)構(gòu)，分布均勻的多層輕型鋼廠(chǎng)房，可以運(yùn)用底部剪力法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，鋼結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的多層鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房，可以將其簡(jiǎn)化成平面框架結(jié)構(gòu)模型，相反需要有效建立起鋼結(jié)構(gòu)空間框架結(jié)構(gòu)模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算。通常通過(guò)使用增大鋼梁剛性程度的方式，結(jié)合樓板組合設(shè)計(jì)工作模式，提高鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段，對(duì)于組合梁剛性程度的評(píng)價(jià)分析方式，主要包含Newmark方程分析法、等價(jià)截面慣性分析法、鋼結(jié)構(gòu)平均剛度分析法等，在工業(yè)多層鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的設(shè)計(jì)工作中，比較常用的是平均剛度分析法[3]。

2.2 具體設(shè)計(jì)工作案例

有效結(jié)合我國(guó)某地區(qū)一處工業(yè)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開(kāi)分析和研究，該工業(yè)廠(chǎng)房主體結(jié)構(gòu)總共分為4層，局部3層，寬度大小為15m，鋼鐵支撐住間距大小為7m，總長(zhǎng)度為63.5m。鋼結(jié)構(gòu)建筑實(shí)際面積為3600m2，主要是以條形基礎(chǔ)為主。鋼結(jié)構(gòu)屋面部分使用的是PHP壓型鋼板保溫屋面系統(tǒng)，首層窗臺(tái)部分以下為240粘土磚墻，剩余部分的外墻面，使用的是BHP壓型鋼板保溫墻面系統(tǒng)，內(nèi)墻板為60mm的厚保溫墻板。支撐柱之間使用114×3.0圓形鋼管來(lái)進(jìn)行支撐，樓面活荷載大小為3.5kN/m2，恒荷載大小為4.0kN/m2，鋼結(jié)構(gòu)屋面活荷載大小為0.5kN/m2，鋼結(jié)構(gòu)基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震烈度為7度。

2.3 多層鋼結(jié)構(gòu)輕型化設(shè)計(jì)應(yīng)用

在本次輕型鋼結(jié)構(gòu)橫向承重體系設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要保證梁柱截面面積大小復(fù)合設(shè)計(jì)工作要求，通過(guò)對(duì)比分析之后，該鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠(chǎng)房使用的是純框架結(jié)構(gòu)體系與框架支撐結(jié)構(gòu)體系兩種形式。在不改變量體截面面積大小的情況下，對(duì)鋼柱支撐位置進(jìn)行改動(dòng)，其中純框架空間結(jié)構(gòu)模型分為框架、支撐結(jié)構(gòu)模型和空間整體模型兩種形式，側(cè)向支撐體部分起到了重要的空間關(guān)聯(lián)作用，可以有效減少橫向結(jié)構(gòu)所形成的自振周期，提高鋼結(jié)構(gòu)的剛性程度，平面模型的計(jì)算結(jié)果相對(duì)偏柔，忽略了地震重力所產(chǎn)生的影響，造成鋼結(jié)構(gòu)在地震中條件下，層間之間的位移偏差量達(dá)到45%。因此，在設(shè)計(jì)工作過(guò)程中對(duì)于地震烈度為7度或者7度以上的區(qū)域，采用的是多層輕鋼廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)為主，建立起空間模型進(jìn)行計(jì)算和分析。通過(guò)兩種空間結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算分析工作，結(jié)果可以得出以下幾個(gè)方面結(jié)論：第一，因?yàn)橹误w的作用和效果框架支撐結(jié)構(gòu)，在縱向方向上具有更強(qiáng)的剛性程度。第二，因?yàn)楣ぷ中弯撝跈M向方向上具有較大的慣性力矩作用，相比于純框架結(jié)構(gòu)而言，框架支撐體系的自振周期相對(duì)較小、剛性程度更大同時(shí)側(cè)向位移量更小，盡管純框架結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及側(cè)向位移的使用要求，但是鋼材料的實(shí)際消耗量相對(duì)較大，因此在本次工業(yè)廠(chǎng)房輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，選用的是框架支撐體系，在整體的經(jīng)濟(jì)性上更加明顯節(jié)省鋼材消耗量達(dá)到17%以上[4]。

結(jié)語(yǔ)：

綜上，對(duì)于工業(yè)廠(chǎng)房的輕型化設(shè)計(jì)工作而言，需要有效發(fā)揮出多層鋼結(jié)構(gòu)的使用優(yōu)勢(shì)，需要保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，提高工業(yè)廠(chǎng)房的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免在后續(xù)的使用過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張賓（1990.10-），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，本科，工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。