試論工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及改進(jìn)要點(diǎn)

武雅卿，李寧瑞

(江蘇省冶金設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 210007)

1 鋼結(jié)構(gòu)介紹

近年來鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用越來越多。鋼結(jié)構(gòu)分為重鋼結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)兩種。重鋼結(jié)構(gòu)多應(yīng)用大跨度廠房的建設(shè)，如電廠廠房等；輕鋼結(jié)構(gòu)廠房多應(yīng)用于相對小跨度的廠房建設(shè)，如倉庫、貨場等。鋼結(jié)構(gòu)自重小，與鋼筋混凝土相比，在同等跨度、負(fù)載、強(qiáng)度的情況下，鋼結(jié)構(gòu)的重量只有混凝土的不到三只之一。

2 工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)備工作

工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)備工作包括結(jié)構(gòu)判斷、結(jié)構(gòu)評估和結(jié)構(gòu)分析三個部分。在這一階段中，設(shè)計人員先應(yīng)先對企業(yè)所提供的資料進(jìn)行分析，判斷廠房設(shè)計是否采用鋼結(jié)構(gòu)。然后建立力學(xué)模型，合理布置，評估鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的具體參數(shù)。最后設(shè)計人員還應(yīng)分析鋼結(jié)構(gòu)是否達(dá)到施工要求，對重要的參數(shù)進(jìn)行復(fù)核。

3 工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及改進(jìn)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計要以實(shí)用為原則

工業(yè)廠房是企業(yè)生產(chǎn)的主要空間，廠房設(shè)計應(yīng)服從于工業(yè)生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)多與企業(yè)工作人員協(xié)調(diào)，盡量了解工藝生產(chǎn)的布置，確?？梢詼p少設(shè)計和施工中出現(xiàn)的麻煩。一些設(shè)計人員在廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時沒有做到關(guān)注全局，從大局出發(fā)，造成廠房的生產(chǎn)位置劃分不合理，生產(chǎn)區(qū)域沒有被充分利用。

3.2 荷載設(shè)計

荷載設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，荷載取值的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)計算設(shè)計結(jié)果的可靠性。另外，鋼結(jié)構(gòu)的荷載設(shè)計必須考慮到氣候的影響因素。

3.3 柱的設(shè)計

按照結(jié)構(gòu)形式的不同，柱可分為等截面柱、階形柱和分離式柱三大類，柱截面的設(shè)計分為不實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種。工業(yè)廠房鋼柱的設(shè)計需要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需求，既滿足廠房建設(shè)、工藝生產(chǎn)的需要，還要滿足經(jīng)濟(jì)要求。新興鑄管新疆有限公司軋鋼工程線材車間主廠房和圣戈班（徐州）管道有限公司球墨鑄鐵管技術(shù)改造項目主廠房，廠房均為格構(gòu)柱重鋼廠房。格構(gòu)柱是一項建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)，尤其是格構(gòu)柱校正架調(diào)垂體系及調(diào)垂施工方法的特殊創(chuàng)新以及校正架調(diào)垂體系特定設(shè)計，使得格構(gòu)柱即使在超深的基坑中也能夠達(dá)到較高的垂直度，為后續(xù)施工提供了必不可少的條件，減少施工難度，降低后續(xù)施工的資源消耗和工程造價。

3.4 防火設(shè)計

雖然鋼結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是其防火能力很差，受溫度影響大。鋼結(jié)構(gòu)受熱在100℃到250℃之間時，隨著溫度的升高，鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度降低、塑性增大；溫度達(dá)到250℃ 左右時，鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度有輕度的提高，但塑性繼續(xù)降低，出現(xiàn)“藍(lán)脆現(xiàn)象”；當(dāng)溫度超過250℃ 時，鋼結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)“徐變現(xiàn)象”；當(dāng)溫度達(dá)到500℃ 時，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度極低，發(fā)生塌落，造成生產(chǎn)破壞，經(jīng)濟(jì)損失，甚至人員傷亡。所以，鋼結(jié)構(gòu)的隔熱和防火設(shè)計極其重要。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)正確定義工業(yè)廠房的火災(zāi)危險性類別，確定廠房的防火等級，嚴(yán)格按照規(guī)范要求，使鋼構(gòu)件達(dá)到防火等級的要求，選用恰當(dāng)?shù)姆椒▽︿摻Y(jié)構(gòu)采取有效防火保護(hù)，使鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求，防止鋼結(jié)構(gòu)在遇到火火災(zāi)時發(fā)生變形，甚至塌落。目前，最常用的方法是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆防火涂料，提高鋼構(gòu)件的耐火極限。另外，設(shè)計人員還要充分考慮火災(zāi)時的人員疏散要求，合理設(shè)計疏散樓梯和安全出口。

3.5 防腐設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)表面如果直接暴露在大氣中就會被腐蝕。當(dāng)有鋼結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性物質(zhì)或者潮濕的環(huán)境中時，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕就會更加嚴(yán)重和明顯。鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕會導(dǎo)致構(gòu)件截面縮小，表層局部產(chǎn)生銹坑，受力時出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得鋼結(jié)構(gòu)的壽命明顯縮短。設(shè)計人員應(yīng)對工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題格外重視，根據(jù)實(shí)際情況，拿出合適的實(shí)際方案和應(yīng)對措施，確保廠房結(jié)構(gòu)的安全性。目前，多采用在鋼結(jié)構(gòu)材料外面覆蓋防銹防腐涂料對其進(jìn)行保護(hù)。該涂層具有致密疏水性強(qiáng)、 附著力好、電阻大等特點(diǎn)，可以有效地屏蔽水蒸氣、氧氣、氯離子等的侵蝕，起到防腐作用。一般情況下，要求室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)涂層厚度達(dá)到100μm；露天鋼結(jié)構(gòu)、在工業(yè)大氣介質(zhì)作用下的鋼結(jié)構(gòu)，涂層厚度為150μm-200μm，鋼柱柱腳在地面以下部分，不僅要求用C2O混凝土包裹，且要求其涂層厚度不小于50mm；酸環(huán)境中的鋼結(jié)構(gòu)要求使用特殊的涂層，如氯磺化防酸漆。

3.6 抗震設(shè)計

我國是地震多發(fā)國，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計就顯得尤為重要，所以要加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震能力，使廠房具備較高的抗震性和安全性。工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，要求鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)力求結(jié)簡潔、勻稱、規(guī)正；選擇合適的連接方式，必須確保屋架與屋面板，屋架與柱子之間的連接可靠，避免節(jié)點(diǎn)破壞；選用合理的支撐形式，合理的位置，采取合理的減震措施；加強(qiáng)柱與墻的拉結(jié)，調(diào)整高寬比，采取合理的減震方式。

3.7 連接點(diǎn)的設(shè)計

連接點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一，設(shè)計好連接點(diǎn)可以有效提高廠房的安全性、穩(wěn)定性、抗震性和持久性。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需要，參照廠房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的焊接工藝。在連接板的厚度選擇方面，要選擇合適的厚度。通常，連接板的厚度比梁腹板厚度多4mm，且須保證連接板的質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)中多采用高強(qiáng)螺栓。高強(qiáng)螺栓根據(jù)受力特點(diǎn)分為承壓型和摩擦型兩種，設(shè)計人員需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，以保證施工效果。

4 總結(jié)

隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，耗能低、效率高的新型環(huán)保材料將逐步取代耗能高、效率低、危害環(huán)境的建筑材料，迅速占領(lǐng)建材市場，鋼結(jié)構(gòu)材料在工業(yè)廠房的應(yīng)用中越來越廣泛。但是在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中仍存在很多問題，如何應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，優(yōu)化工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，更新工藝技術(shù)，提高廠房的安全性、穩(wěn)定性，降低建設(shè)成本?？拐鹉芰Γ蔀樵O(shè)計人員在實(shí)踐中不斷探索追求的新課題。

[1]劉震.工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計體會[J].中國工程信息，2012(11)

[2]蘭文清.鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計中應(yīng)注意的問題[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2008(12)