鋼鐵企業單層工業廠房鋼結構的發展趨勢分析

【摘 要】 對于鋼鐵企業的單層工業廠房的鋼結構設計，在未來的發展中應該更多遵循提高鋼材使用效率、盡量集中使用材料以及各種配件功能兼并的基本原則，逐漸實現鋼結構配件的標準化生產、并利用科技進步研究如何使結構更加簡明，在保證結構功能適應未來生產需求基礎上延長廠房結構的使用年限提出了筆者的一些認識。

【關鍵詞】 單層；工業廠房；鋼結構；發展趨勢

引言

隨著社會經濟建設加快，科技進步與革新促進了鋼鐵企業生產工藝的技術進步和生產設備的更新換代。在今后的鋼鐵企業生產規模不斷加大的基礎上，鋼鐵企業的工業廠房的建筑平面和立體空間都向大型化發展，而對于一些不適應企業生產產能或新型生產工藝要求的廠房還需要進行改擴建。因此，為了適應企業未來的投資規模和生產工藝革新，需要加快廠房的建設施工速度，提高單層工業廠房的鋼結構比例。一般西方國家的工業廠房的建設中，鋼結構的比重達到了90%以上，近年來這個趨勢在我國的工業廠房建設中也逐漸得到體現。而隨著全球資源的日益匱乏，能源供應也趨于緊張，如何做好鋼鐵企業的單層工業廠房的鋼結構設計，尋求如何降低廠房結構的耗鋼量，提高廠房建設的經濟效益，是鋼鐵企業投資建設廠房的一個主要關注的問題。本文主要就筆者對單層工業廠房鋼結構的未來發展趨勢一些思考坐出分析。

1 注重發揮新型材料的新功能

我國未來一段時期，鋼鐵企業的單層工業廠房鋼結構設計中應用較多的新型材料，更多為高效能的鋼材，比如冷彎型鋼、H型鋼或T型鋼等等，對于在廠房中應用高強度鋼材沒有什么現實意義，因為在鋼鐵企業的單層工業廠房中，其承重結構都是由壓彎、承壓以及受彎構件構成，受構件的細長比和變形控制的構件較多，而較少存在受拉構件。受壓、彎構件等一些輔助構件，一般與軸壓穩定系數、板件的容許細長比和板件的寬厚比以及構件自身的容許撓度值的聯系較為緊密。因此對于一些高強度特性的鋼材應用于鋼結構中，其鋼材的高強度特性不能被充分應用到。

2 工業廠房結構設計中應遵循的原則

（1）集中使用材料的原則即適當擴大柱距，使承重構件大型化，減少構件數量，將鋼材集中使用于承受，恒荷載和吊車荷載的主要承重結構上；讓用于承受活荷載、風荷載以及特殊荷載（如地震作用）的結構，其鋼材耗量減少至最小值。

（2）遵循工業廠房的鋼結構的功能兼并原則，主要就是在確保鋼結構整體可靠性和穩定性的基礎上，實行一個構件同時承擔多種功能的結構設計方案，例如常見的網架結構，就是一種功能兼并的實現，它在鋼結構中應用就同時發揮著承重和保障結構穩定的兩者作用。

（3）充分利用鋼材的強度潛力如盡量采用受拉桿件，少用受壓、受彎桿件，在條件許可時，盡量采用張力結構體系，在受壓構件中宜用短而粗的構件，少用長而細的構件，盡量增大穩定系數明值；在受彎構件中，應盡量增大截面抵抗矩系數。

（4）考慮結構的空間作用重視結構的整體剛度，盡量使結構由撓度或穩定控制變為郵雖度控制。計算表明，對跨度為36m、起重量為350t的焊接吊車梁，容許撓度值由1/750改為1/650，即可節約鋼材0.5%左右。蘇聯1981年在鋼結構設計規范中規定，將吊車梁的容許撓度值由1/750改為1/600，其原因可能與節約鋼材的因素相關。為此，今后還應對容許變形值進一步進行科學研究，按吊車的實際工作來確定吊車梁的容許撓度和廠房排架的橫向剛度限值。

（5）未來工程廠房的結構將逐漸向標準化方向發展，工業廠房的定型與標準化建設的關鍵就是結構構件的定型以及連接節點的標準化，工業廠房的標準化、工業化，很大程度也取決于制造廠的生產技術水平和社會科技水平以及工程設計、建設企業的管理水平。工業廠房的標準化生產，對于保護生態環境，促進綠色施工，降低投資水平具有積極的意義。

（6）工業廠房的設計，應該為施工裝配提供足夠的地面組裝和吊裝提供場地和設備的客觀條件，結構的整體剛度應該能夠達到構件整體吊裝過程中的具體要求，保證吊裝過程中結構的穩定性和安全性。擴大組裝規?？梢蕴岣吖I廠房建設的經濟效益，促進勞動效率的提高，這也是未來工業廠房施工方案的主要發展方向。

3 進行技術革新和結構簡化以降低耗鋼量

屋蓋結構方面建議：采用薄腹梁作屋面擦條，薄腹梁擦條腹板的高厚比可取到200～300，其耗鋼量比析架式擦條還要省8～18%；推廣應用預應力鋼結構以節約鋼材，在析架結構中施加預應力，一般可節約鋼材約20%～30%，從具體情況出發恰當地采用網架結構，網架結構符合兼并功能，的原則又能定型化生產，其經濟效果較好，能節約20～40%的鋼材；有條件地方應優先采用張力結構體系，如吊掛結構等。吊車梁系統結構方面：當廠房柱基差異沉降較小時，建議采用連續吊車梁，它可以節約鋼材約巧%，這在我國個別車間中曾經使用過，但安裝較費工。采用預應力鋼吊車梁亦可節省約15%的鋼材，施加預應力的方式有兩種，一種是在吊車梁的下翼緣直接施加預應力或做成撐桿式使下翼緣預壓、上翼緣預拉，另一種是在柱墓礎與吊車梁之間設拉桿施加預應力以改變吊車梁的受力情況。

4 延長結構的使用壽命

延長結構壽命也是節約鋼材的一個重要途徑，其主要措施有：

（1）提高鋼材的抗銹能力低碳鋼抗銹能力較弱，據有關資料佑算，約有10%～12%的鋼材損耗是屬于銹蝕損耗的，工業廠房鋼結構的平均銹蝕速度為0.08～0.32mm/a。低合金鋼的抗銹能力比低碳鋼好，其銹蝕速度約為低炭鋼的50%。提高結構抗銹能力的措施主要有：使結構經常處于清潔和干燥的環境中；注意通風，及時排除侵蝕性氣體和溫氣；結構截面形式和構造方式有利于防銹，如采取集中使用材料的原則和封閉型斷面等。平時加強維護，每年至少進行一次清灰、清污工作，在一般情況下，視涂裝情況，每3～6年需重新油漆一次。必要和可能時應采用耐候鋼，其抗銹能力約比低碳鋼強10倍。

（2）注意工業廠房鋼結構的隔熱防火保護，對于容易受到鋼鐵生產時產生的高溫輻射或別也太金屬噴濺的構件，應將其進行隔熱保護，避免構件的鋼材被破壞而降低構件強度和彈性模量，最終引起結構的安全問題；對于生產中可能受到撞擊的結構構件，需要采取相應的保護措施減少破壞。

（3）做好工業廠房生產施工環境、生產工藝設備、結構質量等的調查研究工作；對于一些容易發生質量問題的構件或部位應重點考察，及時采取有效的防護措施，避免生產安全、工程質量事故的發生。

5 結語

上文主要分析了在未來一段時期內，我國鋼鐵企業單層工業廠房的鋼結構發展趨勢。重點介紹了如何應用新型材料的材料特性，分析了在未來工業廠房結構設計中需要遵循的原則，并分析了如何應用新型技術和結構構件的簡明化來降低廠房建設工程的耗鋼量，最后總結了延長鋼結構工業廠房的使用年限的具體方法。

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