如何預防鋼結構廠房的設計缺陷

摘 要:鋼結構被譽為綠色環保建筑，發揮著重要的作用。但由于鋼材這一材質的本身的特性，給鋼結構帶來一些不足。本文就從對鋼結構的耐火性、防排煙措施、鋼結構加固、支撐及屋面設計、溫度伸縮縫的設計、防銹處理加以分析討論。

關鍵詞:鋼結構設計耐火性技術措施

中圖分類號:U2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0034-01

引言

隨著國家經濟的快速發展，鋼結構廠房也逐漸替代了傳統的、笨重的鋼筋混凝土結構廠房，在建筑領域鋼結構起到了舉足輕重的作用，扮演著越來越重要的角色，鋼結構作為一種綠色環保建筑，以著其整體鋼度和抗震性能好、自重輕、強度高、施工工期短、材料可回收再生、節能、省地、節水等諸多突出的特點迅速地占領著越來越廣的市場。但好的建筑結構形式也存在著一些缺陷，例如鋼結構的耐火性能比較差、容易腐蝕生銹、隨著溫度的變化會引起變形等缺陷。在設計中我們應當注意和改進鋼結構的自身缺點，提高鋼結構的耐火性，采用合理的排煙措施，加固鋼結構，重點考慮支撐系統的布置，根據其本身特性合理的設計，揚長避短才能更好地展現鋼結構的特點，能被更廣泛的運用到廠房設計中。

1 提高鋼結構的耐火性

鋼結構的鋼材是決定鋼結構耐火性能的必要條件，鋼材本身具有較好的耐熱性，并不會燃燒，但是鋼材不耐高溫，一旦遇到高溫，鋼結構構件的就會變形甚至失效，我們只能盡可能的提高它的耐火性，在發生火災后不至于使鋼結構立即失效倒塌。隨著溫度的升高，鋼材的自身強度也會大大的下降，同時會發生變形。

一般的鋼材的耐火性比較差，應提高鋼結構廠房的耐火保護措施，但是可以通過改變鋼材的材料組成成份，改變鋼材的結構及金相組織，加入特定的成分，提高鋼材自身的耐火性和耐候性。也可以通過噴涂法來提高鋼結構的耐火性，其噴涂的厚度必須達到設計值，噴涂法也是一種最簡單、最經濟、最有效的做法，其價格低、重量輕、施工速度快、適用于形狀復雜的鋼構件。但同時也存在表面粗糙，不太美觀，比較難于清理的問題。但是可以通過一些設計手法來掩蓋這些不足之處。

2 采用合理的防排煙措施

在火災發生時的發展初期增長階段，不久就會在頂棚下方形成逐漸增厚的熱煙氣層。當火災達到充分發展階段，熱煙氣層的溫度與中心溫度近乎一樣。如果在室內有通向外部的開口(如門和窗)，則當開口的上沿高度高于煙氣層的厚度時，煙氣便可排放到室外。因此采用合理的防排煙措施，設置排煙系統避免和減少大空間建筑火災時的人員傷亡、有利于人員疏散，火災撲救和建筑結構的安全是尤為重要的。在建筑防排煙工程中，常用的三種方式是:自然排煙、機械加壓送風防煙和機械排煙。鋼結構廠房采光大多采用頂部結合、通風設置自然排煙窗施工簡單可行，現易熔自然排煙窗形式也是多種多樣的，完全可以滿足鋼結構建筑施工的要求。

3 加固鋼結構

改變結構加固的方法是指利用分布狀況繼而改變荷載、傳力途徑、節點性質和邊界條件，把附加桿件和支撐、施加預應力、考慮空間協同工作等增加的措施對結構進行加固的方法。

使結構剛度增加可對結構加設支撐，或者調整結構的自振頻率可提高結構承載力和改善結構動力特性等，增設支撐或輔助桿件使結構的長細比減少以提高其穩定性，增加結構或構件的剛度的方法進行加固;對受彎桿件可采用改變荷載的分布，例如將一個集中荷載轉化為多個集中荷載，改變端部支承情況，例如變鉸接為剛結，增加中間支座或將簡支結構端部連接成為連續結構，調整連續結構的支座位置，將結構變為撐桿式結構，改變其截面內力的方法進行加固;對桁架可采取增設撐桿變桁架為撐桿式結構，加設預應力拉桿，改變其桿件內力的方法進行加固。

4 支撐及屋面設計

為了保證鋼結構廠房的空間工作，提高其整體剛度，承受和傳遞縱向水平力，防止桿件產生過大的變形，避免壓桿失穩，以及保證結構的整體穩定性，應根據廠房結構的形式，車間吊車的設置，振動設備以及廠房的跨度、高度，柱網布置，溫度區段的長度等情況布置可靠的支撐系統。支撐系統應設置在廠房每一溫度區段穩定的柱間，并協調與屋蓋橫向水平支撐的布置。決定廠房縱向結構變形方向的重要因素是下柱支撐的位置，并影響溫度應力的大小，下柱支撐應盡可能設在溫度區段的中部，使吊車梁等縱向構件能隨著溫度變化比較自由地向區段兩端伸縮。當溫度區段的長度不大時，一般在溫度區段的中部設置一道下段柱支撐，但溫度區段的長度大于150m時，為了保證廠房的縱向剛度，應在溫度區段內設置兩道下段柱支撐，其位置應盡可能布置在溫度區段中間三分之一的范圍內，為了避免過大的溫度應力，兩道支撐的中心距離不宜大于72m。

其屋面設計中需重點還應考慮屋面的排水及防水設計，屋面坡度也應適當加大在積雪比較大的地區，根據工程設計經驗，單坡屋面長度宜控制在70m以內。目前，市場上鋼結構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夾保溫棉;②復合柔性屋面:由屋面彩鋼板內板、隔氣層、保溫層、卷材防水層組成。

5 溫度伸縮縫的設計

鋼結構也會隨著溫度變化將引起鋼結構廠房的變形，使結構產生溫度應力，當廠房平面尺度較大時，為避免產生較大的溫度應力，應把溫度伸縮縫設置在廠房縱橫兩個方向，可以根據鋼結構規范來執行區段的長度。一般采用設置雙柱的方法來處理溫度伸縮縫，可在屋架支座處對縱向溫度伸縮縫設置滾動支座。

6 結構的防銹處理

鋼結構表面直接暴露在大氣中就會銹蝕，當鋼結構處在潮濕環境中時或鋼結構廠房空氣中有侵蝕性介質，就會更加嚴重和明顯的銹蝕鋼結構廠房。鋼結構的銹蝕會使構件截面減小并使鋼構件表層局部產生銹坑，當構件受力時將引起應力集中現象，使結構過早破壞。所以，我們應當足夠的重視對鋼結構廠房構件的防銹蝕問題，并應采取相應對策和措施根據廠房侵蝕介質情況和環境條件在總圖布置、工藝布置、材料選擇等方面，以確保廠房結構的安全。一般常采用防銹底漆和面漆，涂裝層數及厚度常根據其使用環境和涂層性質來預防鋼結構的防腐。一般室內鋼結構在自然大氣介質作用下，要求涂層厚度為100μm(即底漆兩道，面漆兩道)。露天鋼結構或在工業大氣介質作用下的鋼結構，要求漆膜總厚度為150～200μm。且在酸環境中的鋼結構要求使用氯磺化防酸漆。鋼柱柱腳在地面以下部分要用混凝土包裹不低于C20，其保護層厚度不小于50mm。

7 結語

鋼結構廠房的設計，應根據其特點進行建筑結構設計。要從提高鋼結構的耐火性，采用合理的防排煙措施，加固鋼結構，支撐及屋面設計，溫度伸縮縫的設計，結構的防銹處理等諸多不足之處仔細斟酌，做到把鋼結構廠房的優點發揮到淋淋盡致，應根據其特點彌補不足之處進行建筑結構設計，全面分析揣摩，使設計安全可靠，經濟合理并且美觀大方。

參考文獻

[1]《鋼結構》[M].陳紹蓉.中國建筑工業出版社，2006.

[2]《鋼結構工程便攜手冊》[M].路克寬.北京機械工業出版社，2003.