試論工業廠房鋼結構設計中存在的問題及改進要點

武雅卿，李寧瑞

(江蘇省冶金設計院有限公司，江蘇 南京 210007)

1 鋼結構介紹

近年來鋼結構在建筑中的應用越來越多。鋼結構分為重鋼結構和輕鋼結構兩種。重鋼結構多應用大跨度廠房的建設，如電廠廠房等；輕鋼結構廠房多應用于相對小跨度的廠房建設，如倉庫、貨場等。鋼結構自重小，與鋼筋混凝土相比，在同等跨度、負載、強度的情況下，鋼結構的重量只有混凝土的不到三只之一。

2 工業廠房鋼結構設計的準備工作

工業廠房鋼結構的設計準備工作包括結構判斷、結構評估和結構分析三個部分。在這一階段中，設計人員先應先對企業所提供的資料進行分析，判斷廠房設計是否采用鋼結構。然后建立力學模型，合理布置，評估鋼結構構件的具體參數。最后設計人員還應分析鋼結構是否達到施工要求，對重要的參數進行復核。

3 工業廠房鋼結構設計中存在的問題及改進

3.1 結構設計要以實用為原則

工業廠房是企業生產的主要空間，廠房設計應服從于工業生產。結構設計人員應多與企業工作人員協調，盡量了解工藝生產的布置，確保可以減少設計和施工中出現的麻煩。一些設計人員在廠房鋼結構設計時沒有做到關注全局，從大局出發，造成廠房的生產位置劃分不合理，生產區域沒有被充分利用。

3.2 荷載設計

荷載設計是結構設計的前提，荷載取值的準確性直接關系到鋼結構計算設計結果的可靠性。另外，鋼結構的荷載設計必須考慮到氣候的影響因素。

3.3 柱的設計

按照結構形式的不同，柱可分為等截面柱、階形柱和分離式柱三大類，柱截面的設計分為不實腹式和格構式兩種。工業廠房鋼柱的設計需要結合企業的實際需求，既滿足廠房建設、工藝生產的需要，還要滿足經濟要求。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改造項目主廠房，廠房均為格構柱重鋼廠房。格構柱是一項建筑工程技術領域的新技術，尤其是格構柱校正架調垂體系及調垂施工方法的特殊創新以及校正架調垂體系特定設計，使得格構柱即使在超深的基坑中也能夠達到較高的垂直度，為后續施工提供了必不可少的條件，減少施工難度，降低后續施工的資源消耗和工程造價。

3.4 防火設計

雖然鋼結構具有很多優點，但是其防火能力很差，受溫度影響大。鋼結構受熱在100℃到250℃之間時，隨著溫度的升高，鋼結構的抗拉強度降低、塑性增大；溫度達到250℃ 左右時，鋼結構的抗拉強度有輕度的提高，但塑性繼續降低，出現“藍脆現象”；當溫度超過250℃ 時，鋼結構就會出現“徐變現象”；當溫度達到500℃ 時，鋼結構的強度極低，發生塌落，造成生產破壞，經濟損失，甚至人員傷亡。所以，鋼結構的隔熱和防火設計極其重要。設計人員應當正確定義工業廠房的火災危險性類別，確定廠房的防火等級，嚴格按照規范要求，使鋼構件達到防火等級的要求，選用恰當的方法對鋼結構采取有效防火保護，使鋼結構的耐火極限達到規范規定的要求，防止鋼結構在遇到火火災時發生變形，甚至塌落。目前，最常用的方法是在鋼結構表面涂覆防火涂料，提高鋼構件的耐火極限。另外，設計人員還要充分考慮火災時的人員疏散要求，合理設計疏散樓梯和安全出口。

3.5 防腐設計

鋼結構表面如果直接暴露在大氣中就會被腐蝕。當有鋼結構處在有侵蝕性物質或者潮濕的環境中時，鋼結構的腐蝕就會更加嚴重和明顯。鋼結構的腐蝕會導致構件截面縮小，表層局部產生銹坑，受力時出現應力集中現象，使得鋼結構的壽命明顯縮短。設計人員應對工業廠房鋼結構的腐蝕問題格外重視，根據實際情況，拿出合適的實際方案和應對措施，確保廠房結構的安全性。目前，多采用在鋼結構材料外面覆蓋防銹防腐涂料對其進行保護。該涂層具有致密疏水性強、 附著力好、電阻大等特點，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，要求室內鋼結構涂層厚度達到100μm；露天鋼結構、在工業大氣介質作用下的鋼結構，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；酸環境中的鋼結構要求使用特殊的涂層，如氯磺化防酸漆。

3.6 抗震設計

我國是地震多發國，建筑結構的抗震設計就顯得尤為重要，所以要加強鋼結構廠房的抗震能力，使廠房具備較高的抗震性和安全性。工業廠房鋼結構的設計中，要求鋼結構的設計應力求結簡潔、勻稱、規正；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，避免節點破壞；選用合理的支撐形式，合理的位置，采取合理的減震措施；加強柱與墻的拉結，調整高寬比，采取合理的減震方式。

3.7 連接點的設計

連接點是鋼結構的重要參數之一，設計好連接點可以有效提高廠房的安全性、穩定性、抗震性和持久性。設計人員應根據企業的實際需要，參照廠房建設標準，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量。鋼結構中多采用高強螺栓。高強螺栓根據受力特點分為承壓型和摩擦型兩種，設計人員需根據實際情況進行選擇，以保證施工效果。

4 總結

隨著我國可持續發展戰略的實施，耗能低、效率高的新型環保材料將逐步取代耗能高、效率低、危害環境的建筑材料，迅速占領建材市場，鋼結構材料在工業廠房的應用中越來越廣泛。但是在鋼結構設計中仍存在很多問題，如何應根據實際需求，優化工業廠房鋼結構的設計方案，更新工藝技術，提高廠房的安全性、穩定性，降低建設成本。抗震能力，成為設計人員在實踐中不斷探索追求的新課題。

[1]劉震.工業廠房鋼結構設計體會[J].中國工程信息，2012(11)

[2]蘭文清.鋼結構工業廠房設計中應注意的問題[J].內蒙古科技與經濟，2008(12)