淺析重型鋼結構廠房設計

羊霞

【摘要】隨著我國工業(yè)、民用建筑的蓬勃發(fā)展，鋼結構的應用越來越廣泛，尤其在工業(yè)廠房的建設中占到了舉足輕重的地位。本文通過對重型鋼結構廠房的結構設計進行分析，提出了加強廠房結構設計的有效策略，提高建設質量的同時更好地滿足實際應用需求。

【關鍵詞】重型鋼結構；廠房結構設計；有效途徑

【中圖分類號】TU391 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0206-01

鋼結構抗震抗風性能強，施工周期短，保溫節(jié)能性好，材料的多樣性也使得設計富有很大的彈性。憑借著這些優(yōu)點，鋼結構在建筑領域的使用越來越廣泛，尤其是在一些大跨度大開間和超高層的建筑中，開始逐漸代替鋼筋混凝土成為主要的建筑材料。但是，鋼結構也存在著易腐蝕、防火性能差等明顯缺點，對建筑施工和生產使用都產生了一定的不利影響。因此，應當對重型鋼結構廠房的結構設計進行仔細分析和探討，以確保建筑結構設計的科學性和合理性，避免一些工程質量問題的出現(xiàn)。

一、設備基礎設計

對于大型的吊車廠房往往還存在著一些埋深和荷重較大的設備基礎，這些設備基礎對于廠房的整體設計具有重要意義。應當根據(jù)設備的工作特性、工藝要求及地質條件確定基礎的結構形式。在對設備基礎進行設計的過程中，要充分考慮其與廠房基礎的協(xié)調避讓性，同時也要有足夠的剛度，確保在荷載作用下的變形在允許范圍內。在對于一些特殊設備的基礎設計時，應當與工藝密切配合，同時應研究各方面因素，解決動力設備共振問題，避免因過大的振動影響機械本身和鄰近設備的使用。

二、抗風系統(tǒng)設計

我國是風災嚴重的國家，尤其是沿海地區(qū)，鋼結構廠房在風災中的破壞可以說是司空見慣的，雖然可能只是一些局部破壞，但足以給予我們警示。在設計前，必須對當?shù)氐娘L力風向等風因素進行全面的考察研究，之后再進行抗風設計，合理開設門窗洞口，避免由于鼓風效應和吸風效應對廠房造成破壞。整體設計要確保廠房的剛度足夠，積極采取有效措施提高抗風能力，對一些容易發(fā)生先行破壞的薄弱部位進行特殊的抗風（處理。重型鋼結構廠房一般高度較高，山墻受風面積大整體剛度較弱，抗風設計時，可以以抗風柱作為豎向支撐點，加設水平抗風梁或鋼抗風桁架作為中間鉸支點，避免出現(xiàn)抗風柱截面尺寸過大的情況，也確保了抗風系統(tǒng)的整體合理性。

三、柱腳設計

重型吊車的荷載較大，柱腳的彎矩比較大，對于重型鋼柱的柱腳設計，應當以插入式為主。實腹式和格構式鋼柱插入混凝土基礎杯口的深度應當由計算確定，對于非抗震地區(qū)最小深度參考《鋼結構設計規(guī)范》GB50017第八章構造要求的條文，對于抗震設防地區(qū)則需要參考《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011。當柱上拔力較大且杯口護壁較薄時，必須進行驗算，確保承載力滿足要求。此外，為了防止柱腳的銹蝕，應采用C7.5或C10砼將柱腳包至室內地面以上0.1-0.2m。

四、肩梁設計

肩梁作為上、下段柱連接和支承吊車梁的重要部位，必須具有足夠的強度和剛度。在階形柱變截面處構造肩梁將上、下段柱連成整體，實現(xiàn)內力的傳遞，確保不產生相對轉角和位移，同時也解決了吊車梁、制動梁和柱的連接。對于其位置的確定，應當根據(jù)轉換桁架的相關概念進行驗證，根據(jù)實際情況合理設計和應用。肩梁的連接方式主要有兩種，一是將上段柱腹板與肩梁上蓋板用兩條角焊縫相連，并按與腹板等強度考慮，柱翼緣的連接則根據(jù)情況考慮。二是將實腹式上段柱直接對焊在肩梁上，此時宜將上蓋板下移變?yōu)閮蓧K加強板的形式，焊于肩梁腹板的兩側。

五、變形控制設計

根據(jù)計算的假定值來看，普鋼排架的廠房設計，一般是假定屋面的剛度呈現(xiàn)無窮大趨勢，撓度太大就難以滿足需要。而標準規(guī)范中對于吊車軌頂位置的水平位移有著非常嚴格的規(guī)定，如果屋面的梁剛度太小，就會導致鋼柱成為懸臂柱，那么位移就不能夠滿足要求，而且這樣也導致用鋼量都集中到了柱子上，從而導致柱子的截面需要很大的尺寸才能夠滿足要求。

在傳統(tǒng)的屋面變形控制設計過程中，主要偏向于采用桁架屋面梁，是柱子和屋架相鉸接，屋面板的尺寸也很大，荷載比較大，導致容易出現(xiàn)漏水的問題，桁架屋面梁上的剛度較大，結構安全度相對較高。隨著技術的不斷進步和發(fā)展，當前普通廠房建設主要是應用實腹式梁和輕型的彩鋼板屋面。這種情況下，屋面的梁變形問題并不嚴重，也不會產生漏水的問題，是比較理想的狀態(tài)。

因此，對于普鋼廠房屋面變形結構設計，應當確保科學、合理設計，以提高廠房設計質量。對于大噸位的吊車輕型屋面性質的鋼結構廠房，應當注重解決屋面鋼梁存在的撓度問題，如果對鋼梁的撓度控制較為嚴格，則會出現(xiàn)很多浪費，因此，對于鋼梁撓度的設計指標可以適當放寬，根據(jù)《門鋼規(guī)程》進行設計。針對輕型屋面性質的大噸位吊車鋼結構廠房設計，應當將鋼梁的撓度定為L/250。對于大型屋面板性質的大噸位吊車的輕型屋面板鋼結構廠房，可以將鋼梁的撓度定為L/4000對于采用輕型屋面但鋼梁上懸掛吊車的大噸位型吊車鋼結構廠房，則應當將鋼梁的撓度定為L/400。

六、平面布局設計

要想保證結構布局的經濟性和合理性，首先應當對結構單元進行合理劃分，總的來說，平面布置主要是根據(jù)工藝、結構與經濟的要求確定，同時還要考慮建筑及設備的平面投影尺寸等因素。工藝要求柱的位置與車間內機械、運輸設備相協(xié)調，符合生產流程，還應考慮生產過程中的可能變動。根據(jù)結構單元平面尺寸的基本要求，重型鋼結構廠房的結構單元設計中的經濟控制尺寸定為跨度方向的尺寸不超過150m，長度方面的總尺寸不能夠超過220m。對于能夠歸并到一個結構單元中的吊車，應當盡量保證鋼架端部的下沿結構或者是檐口高度在12m以上，同時確保軌高的差異較小，這樣才能夠合并為一個單元進行計算。對于重型吊車鋼柱的選型問題，應當充分考慮到用鋼量的經濟指標及取材的便利性。設計人員可以充分比較采用實腹柱和格構柱兩種方式下的各種技術指標和經濟指標，根據(jù)實際情況進行綜合評估，選出最優(yōu)的方案，既能保證工程的合理又為設計和施工增加了便利和經濟性。

七、門式鋼架天溝設計

鋼結構在廠房建設中，施工周期短、可循環(huán)使用、可調整等一系列優(yōu)點，得到了許多工廠的青睞，在現(xiàn)代廠房設計中鋼結構更是被廣泛普及并得到了很高的評價。但是重型鋼結構在廠房建設中也暴露了許多問題有待我們去解決。連跨鋼結構門式鋼架天溝經常出現(xiàn)漏雨問題就是其中比較棘手的問題之一。目前重型鋼結構連跨門式鋼架結構中最常用的是內排水通長天溝，這種天溝設計深度受到本身結構尺寸影響，最大高度等于屋面檁條高度，蓄水能力嚴重受到限制，尤其在北方地區(qū)，若遇到大雪天氣，積雪及其容易積滿，這時排水能力就會徹底喪失。夏天遇到暴雨，雨水溢出天溝會順著檐口灌入廠房內部。并且因天溝結構比較長，受熱脹冷縮影響及其容易變形甚至開裂。如果我們在建設中設計成分段天溝，天溝在長度方向斷開，一個柱間設計一個天溝，用厚度約為約3mm的鋼板焊接好，這樣豎向就有了足夠的空間滿足天溝排水量要求，縮短了天溝長度，避免了過熱或者過冷天氣天溝的變形和斷裂。

結束語

在設計鋼結構廠房，尤其是重型廠房時，不應該想當然地進行設計，需要結合實際情況，考慮到地理環(huán)境等因素，然后進行分析。充分了解重型鋼結構廠房結構設計和實際工業(yè)的各方面需求后，找出最優(yōu)方案后進行設計。把工程質量放在第一位，同時還能傳達出現(xiàn)代建筑設計中節(jié)能環(huán)保和美觀的概念。

參考文獻

[1]周瑞.某重型鋼結構工業(yè)廠房結構設計[J].建筑結構.2010（04）

[2]李云鵬.某工業(yè)廠房重型鋼結構設計[J].鋼結構.2010（05）

[3]王喜雨.鋼結構廠房的特點與施工研引[J].商業(yè)文化（學術版）.2009（01）

[4]駱蘭月，郭冰冰.大噸位吊車單層工業(yè)鋼結構廠房在縱向荷載作用下的計算[J].工程建設與設計.2009（07）

[5]戴向陽，劉峰.淺談鋼結構廠房設計的一些概念[J].科技信息.2009（22）

[6]田海明，王永崗，崔建華，王麗.某重型鋼結構廠房設計與分析[J].鋼結構.2009（11）