鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

劉紅軍

（鄭州市中原區(qū)隴海西路330號(hào)，河南 鄭州 450000）

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時(shí)，工業(yè)化進(jìn)程逐漸加快。廠房是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，因而廠房建設(shè)質(zhì)量受社會(huì)各界重視[1]。鋼結(jié)構(gòu)廠房具有施工難度低、施工周期較短等優(yōu)點(diǎn)，但是受材料影響設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮鋼結(jié)構(gòu)防火性能及抗腐蝕性能不足等問(wèn)題，以保證鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 鋼結(jié)構(gòu)廠房特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

1.1 鋼結(jié)構(gòu)廠房特點(diǎn)

隨著工業(yè)行業(yè)的不斷發(fā)展，廠房建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。受鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)影響，鋼結(jié)構(gòu)廠房在工業(yè)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)廠房特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）鋼結(jié)構(gòu)跨度較大。正是由于鋼結(jié)構(gòu)具有跨度大這一特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)可滿(mǎn)足廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)的眾多要求。部分廠房設(shè)計(jì)中，要求廠房?jī)?nèi)部空間大于普通廠房。為滿(mǎn)足這一目標(biāo)，需增加廠房跨度與高度。鋼材的強(qiáng)度高且自重輕，可以滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)廠房的大跨度與高度要求。另外，相較于其他材料，鋼結(jié)構(gòu)自重較輕、運(yùn)輸難度低，可依據(jù)工程需求，改變鋼結(jié)構(gòu)廠房形狀，因而鋼結(jié)構(gòu)適用范圍比較廣。（2）鋼結(jié)構(gòu)的制作、安裝工業(yè)化程度高，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作主要是在專(zhuān)業(yè)化工廠中進(jìn)行，制作簡(jiǎn)便，精確度高。制成的構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝，裝配化程度高，安裝速度快，施工期短。（3）鋼結(jié)構(gòu)廠房承重能力較強(qiáng)。鋼結(jié)構(gòu)廠房中使用了三角形結(jié)構(gòu)，可提高廠房穩(wěn)定性，因而廠房設(shè)計(jì)中選用鋼結(jié)構(gòu)的日益增多。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)廠房?jī)?yōu)點(diǎn)

（1）現(xiàn)階段，我國(guó)選擇鋼結(jié)構(gòu)的廠房有很多，其主要原因?yàn)椋捍蟛糠謴S房用于存放、安置機(jī)械設(shè)備。部分流水線工廠的生產(chǎn)設(shè)備是由多個(gè)大型零部件組裝而成，這些廠家對(duì)廠房空間要求較高。通常情況下，利用大型吊車(chē)完成廠房縱向空間、橫向位移操作。鋼結(jié)構(gòu)可滿(mǎn)足廠房使用要求。（2）鋼結(jié)構(gòu)廠房承重能力強(qiáng)。部分廠家生產(chǎn)過(guò)程中，需要重量在數(shù)噸的吊車(chē)支持。吊車(chē)、貨物重量較大，對(duì)于廠房結(jié)構(gòu)材料要求比較高。鋼結(jié)構(gòu)建筑中大多選用三角結(jié)構(gòu)，因而鋼結(jié)構(gòu)廠房承載能力較強(qiáng)[2]。（3）鋼結(jié)構(gòu)廠房具有環(huán)保性較好這一優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的廠房建設(shè)中大多選用木材、混凝土材料，這些材料在重建或拆除后不能重復(fù)利用，還好造成大量建筑垃圾。在增加企業(yè)成本的同時(shí)，會(huì)引發(fā)環(huán)境污染問(wèn)題。相反，鋼結(jié)構(gòu)在重建、拆除后可重復(fù)利用，以免造成環(huán)境污染。（4）鋼結(jié)構(gòu)抗震性能較好。鋼結(jié)構(gòu)廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工中大多選用三角支撐，利用螺絲、焊接方式固定鋼結(jié)構(gòu)連接位置，因而鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，不易出現(xiàn)垮塌事故。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)廠房示意圖

2 鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題

2.1 屋面設(shè)計(jì)

屋面設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需重視屋面防水工作。因而，設(shè)計(jì)人員需考慮屋面坡度、天溝種類(lèi)、單坡屋面長(zhǎng)度等因素，依據(jù)施工技術(shù)要求、實(shí)際工程情況合理調(diào)整屋面坡度，保證屋面防水質(zhì)量。不同地區(qū)溫度、降雨量不同，因而設(shè)計(jì)人員需充分了解項(xiàng)目所在地溫度情況、降雨量，合理確定單坡屋面長(zhǎng)度并調(diào)整屋面坡度。

2.2 科學(xué)設(shè)置溫度伸縮縫

若溫差較大，鋼結(jié)構(gòu)廠房將產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鋼結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)變形問(wèn)題。為免出現(xiàn)此問(wèn)題，需在大型鋼結(jié)構(gòu)廠房合理設(shè)置溫度伸縮縫[3]。我們可將溫度伸縮縫分為縱向伸縮縫、橫向伸縮縫兩類(lèi)。在設(shè)置溫度伸縮縫之前，設(shè)計(jì)人員需確定溫度區(qū)段長(zhǎng)度，之后利用單柱、雙柱方式合理設(shè)置溫度伸縮縫。在設(shè)置縱向伸縮縫時(shí)，設(shè)計(jì)人員可利用滾動(dòng)支座開(kāi)展設(shè)計(jì)工作；在設(shè)置橫向伸縮縫時(shí)，設(shè)計(jì)人員可利用橢圓孔滑動(dòng)方式或槽鋼夾板滑動(dòng)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面示意圖

2.3 立面設(shè)計(jì)

為保證鋼結(jié)構(gòu)廠房立體效果，設(shè)計(jì)人員不僅要滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)廠房功能要求，還需保證鋼結(jié)構(gòu)廠房美觀性。規(guī)劃設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需由多角度探析鋼結(jié)構(gòu)廠房規(guī)模、廠房色彩、廠房線條等設(shè)計(jì)要素。以往廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工中，大多采用磚砌方式建設(shè)廠房外墻，之后在廠房外墻涂抹涂料。通常情況下，廠房外墻位置設(shè)置有采光窗，但是此種設(shè)計(jì)方式較為單一，影響廠房美觀性，廠房采光及通風(fēng)效果不夠好?，F(xiàn)階段，廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)中大多選用彩色壓型鋼板，如此可在保證廠房性能的同時(shí)，提升廠房美觀性。另外，可在鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面配置采光板，以提高廠房采光效果。

2.4 設(shè)置支撐系統(tǒng)

為確保鋼結(jié)構(gòu)廠房空間滿(mǎn)足企業(yè)生產(chǎn)要求，需提升鋼結(jié)構(gòu)廠房剛度，保證鋼結(jié)構(gòu)承載能力，以免鋼結(jié)構(gòu)桿件在力的作用下出現(xiàn)變形情況[4]。規(guī)劃設(shè)計(jì)人員需詳細(xì)分析鋼結(jié)構(gòu)廠房具體結(jié)構(gòu)形式、車(chē)間設(shè)置吊車(chē)數(shù)量、振動(dòng)設(shè)備等，保證支撐系統(tǒng)設(shè)置合理性。通常，鋼結(jié)構(gòu)廠房支撐系統(tǒng)是由柱間支撐、屋蓋支撐系統(tǒng)組成。鋼結(jié)構(gòu)廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)中，需保證每個(gè)溫度區(qū)段都設(shè)置有柱間支撐系統(tǒng)，以保證廠房穩(wěn)定性。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員需確保柱間支撐系統(tǒng)、屋蓋支撐的協(xié)調(diào)性。下柱支撐位置將影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、鋼結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力大小，因而設(shè)計(jì)人員在設(shè)置下柱支撐時(shí)，需盡量將下柱支撐設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)每個(gè)溫度區(qū)中間位置，確保吊車(chē)梁等構(gòu)件可依據(jù)溫度變化向著兩側(cè)伸縮。若溫度區(qū)段長(zhǎng)度在150米以上，規(guī)劃設(shè)計(jì)中需在每個(gè)溫度區(qū)段設(shè)置兩個(gè)下段柱支撐。設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡量選擇溫度區(qū)段中間三分之一范圍內(nèi)設(shè)置下段柱支撐。為免溫度應(yīng)力過(guò)大影響鋼結(jié)構(gòu)廠房穩(wěn)定性，需將兩個(gè)下段柱支撐中心距離控制在72米以?xún)?nèi)。鋼結(jié)構(gòu)廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)中，需在下段柱支撐的柱間設(shè)置上段柱支撐。另外，為提升鋼結(jié)構(gòu)廠房上部縱向剛度，保證廠房抗震性能，需在溫度區(qū)段兩端柱間設(shè)置上段柱支撐。

2.5 做好防銹處理工作

很多廠房選擇建在潮濕環(huán)境中，若未對(duì)鋼材進(jìn)行防銹處理，鋼結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題。若鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕，鋼結(jié)構(gòu)界面厚度減小，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力條件改變，導(dǎo)致廠房穩(wěn)定性及使用壽命受影響。因而，為提升鋼結(jié)構(gòu)廠房穩(wěn)定性、延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)廠房使用壽命，需重視鋼材防腐蝕問(wèn)題、做好防銹處理工作。我們可采取以下措施：第一，設(shè)計(jì)人員全面掌握鋼結(jié)構(gòu)廠房信息，主要涉及廠房位置、廠房布局、施工材料、車(chē)間生產(chǎn)工藝等，第二，為提升鋼結(jié)構(gòu)廠房安全性，需在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹防銹漆，且需嚴(yán)格控制防銹漆涂抹厚度及層數(shù)。第三，針對(duì)暴露在露天環(huán)境下的鋼結(jié)構(gòu)，需嚴(yán)格控制鋼材厚度，采取有針對(duì)性防護(hù)措施，以免在外界環(huán)境影響下鋼材被腐蝕。

2.6 隔熱及防護(hù)設(shè)計(jì)

在鋼材受熱溫度在100攝氏度以上時(shí)，在溫度逐漸增高的同時(shí)，鋼材強(qiáng)度隨之降低。在鋼材受熱溫度在250攝氏度時(shí)，鋼材強(qiáng)度增高，但是鋼材塑性降低。在鋼材受熱溫度在250攝氏度以上時(shí)，鋼材將出現(xiàn)徐變情況。在鋼材受熱溫度為500攝氏度時(shí)，鋼材強(qiáng)度最低。由此可見(jiàn)，在鋼材受熱溫度達(dá)到150攝氏度時(shí)，為確保鋼材導(dǎo)熱性能，需采取隔熱、防火措施，以保證鋼結(jié)構(gòu)廠房穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需注意以下幾點(diǎn)：第一，為提升鋼結(jié)構(gòu)廠房保溫隔熱性能，可采取澆筑混凝土、使用耐火性能強(qiáng)磚塊的措施。第二，為達(dá)到充分釋放鋼結(jié)構(gòu)中熱量的目的，可在鋼結(jié)構(gòu)周?chē)O(shè)置硬質(zhì)板材。第三，依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)廠房所處區(qū)域天氣情況，在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹適量防火材料，以提升鋼結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能。

2.7 做好節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接方式、連接質(zhì)量將影響鋼結(jié)構(gòu)廠房建設(shè)質(zhì)量及安全性。因而，需依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)傳力特點(diǎn)，綜合分析施工現(xiàn)場(chǎng)、鋼結(jié)構(gòu)吊裝順序等因素，合理選擇節(jié)點(diǎn)連接方式。通常，可選用剛接、半剛接、鉸接等節(jié)點(diǎn)連接方法。焊縫連接不需要附加連接板，不需進(jìn)行開(kāi)孔操作，因而焊縫連接施工難度低，且連接緊密。焊接施工中，鋼結(jié)構(gòu)可能受焊接殘余應(yīng)力等因素的影響。螺栓連接施工難度較低，但是施工中需保證螺栓孔對(duì)準(zhǔn)。通常情況下，梁柱節(jié)點(diǎn)連接時(shí)大多選用高強(qiáng)度螺栓，檁條與梁柱連接位置大多選用普通螺栓。

2.8 抗震設(shè)計(jì)

眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)有抗震效果。若設(shè)計(jì)不夠合理，在遭遇地震時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)廠房易出現(xiàn)倒塌事故。鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需考慮其抗震性能，依據(jù)我國(guó)抗震標(biāo)準(zhǔn)做好抗震設(shè)計(jì)工作，以保證鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)質(zhì)量。為提升鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)人員需注意以下問(wèn)題：第一，保證鋼結(jié)構(gòu)廠房整體質(zhì)量、剛度，保證廠房受力均衡性，避免由于廠房剛度不均衡引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題。為充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)載荷能力、降低鋼結(jié)構(gòu)形變幾率，需盡量選擇鋼架或框架作為廠房橫向結(jié)構(gòu)。第二，影響鋼結(jié)構(gòu)廠房安全性的一個(gè)重要因素是桿件失穩(wěn)，因而為規(guī)避此問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員需科學(xué)設(shè)置支撐系統(tǒng)。第三，若廠房圍護(hù)墻抗震防裂強(qiáng)度為7到8度之間，可選用鋼筋混凝土墻板、輕型墻板；若廠房圍護(hù)墻抗震防裂強(qiáng)度為9度，需選用輕型墻板。

3 結(jié)語(yǔ)

廠房是保證工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，因而企業(yè)十分重視廠房設(shè)計(jì)、建設(shè)質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中，需做好屋面、溫度伸縮縫、立面、支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，以保證鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)質(zhì)量。