工業廠房鋼結構設計探討

陶宏波

(武漢聯動設計股份有限公司 430074)

引言

鋼結構工業廠房在我國應用的時間并不長，其具體的設計及施工技巧都還在探索階段。雖然鋼結構工業廠房有很多優點，但作為一種材料，它也有很多缺點，例如防火性能差、易銹蝕等，在設計與施工的過程中一定要考慮到這些因素。

1.鋼結構工業廠房的特點

1.1鋼結構工業廠房的優點

鋼結構工業廠房的優越性主要體現在以下幾個方面：①施工簡易、靈活。用于生產鋼結構工業廠房的構件可以在工廠中批量生產，相對于鋼筋混凝土結構的建筑來說，鋼結構工業廠房施工速度快、施工簡易方便、安裝快捷，在縮短施工周期方面占據了絕對性的優勢。②綜合性能好、自重輕。一般鋼結構工業廠房由于其結構上的簡易，先進的材料自重較輕的特點，與其它工業廠房結構材料相比可以減輕建筑物整體結構重量的 30%之多。在地基承載力較低和地質問題多發的地方，用于這種材料就具有了明顯的優越性能。同時，鋼結構工業廠房還具有所占空間小的特點，在現如今寸土寸金的時代里，更是得到了廣大建筑設計者和建筑商的青睞。③環保。環保在現在整個人類社會中已成為了共同關注的話題，環保問題關系著人類社會的長遠發展和生存質量，因此，世界各國都在不斷的積極投身到環保工作當中。在這種大的潮流驅動下，鋼材作為一種高強度、高能效的材料，由于其鋼結構體系本身就是一種綠色環保型的建筑結構體系，其再循環利用的可能性和必然性都要比其他材料的工業廠房建筑大得多。綜合上述優勢，專家認為，鋼結構的工業廠房無論從經濟還是從長遠考慮，其綜合性能優于鋼筋混凝土結構體系。

1.2鋼結構工業廠房的缺點

任何東西的存在都具有兩面性，鋼結構工業廠房同樣也需要對其進行兩面性的分析。它所具有的優點所有人都有目共睹，但是基于這種優點下的缺點也不容被忽視的，主要表現在以下幾點：第一，防火性能差。鋼結構工業廠房的主體結構由于沒有鋼筋混凝土和水泥混凝土的隔絕，一旦發生火險，后果是嚴重的。因此，從任何一方面考慮，鋼結構工業廠房都應做好防火工作。第二，易銹蝕。鋼的主要成分是鐵，在潮濕的空氣當中，很容易發生化學反應而被銹蝕。被銹蝕之后的鋼如不及時處理，銹蝕的速度將會成倍增長。

2.鋼結構廠房設計不足之處

作為一個結構設計師必須要做到的就是根據企業用戶的需要對廠房結構進行整體設計，對廠房的柱網、跨度、氣樓、吊車形式等進行詳細規劃，以滿足實際使用需要。首先是柱網跨度等，確定柱網跨度時，必須要了解生產工藝、設備的布置，生產線的數量、吊車的噸位及使用頻率等。而不是一味的追求結構的用鋼量最小，不滿足生產使用要求，即使廠房造價很低也是最大的浪費。

其次是內部結構，由于鋼結構廠房內部有柱間支撐，柱列上有電纜橋架、管道支架等，某些構件承受的荷載也隨之加大，對敏感結構廠房自身的受力情況合理規劃是設計的重點和難點。 廠房內部結構設計不足表現為：鋼支架分布、氣樓形式不合理，柱間支撐位置影響內部物流通道，內部隔墻和梁柱檁條等連接不合理造成地震力加大，剛度不均勻。另外由于對生產工藝、對吊車的外形尺寸了解不夠，造成廠房內吊車噸位、數量、形式（單梁吊、雙梁吊、半門吊）、安裝吊車所留的凈空高度等不合理，從而影響生產使用或造成較大浪費。 最后是成本造價，工業建筑設計必須充分考慮成本造價高低，這是決定企業收益大小的關鍵。工業廠房設計方案基本上決定了后期施工的成本投資，成本控制失效是廠房設計常見的弊病。 例如鋼結構廠房在空間結構設計上不科學，柱腳形式（鉸接、錨栓剛接、錨栓加鋼靴剛接、埋入式剛接）選用不當，廠房使用性能不達標引起返工返修次數增加等，這些都會增加造價。

3.鋼結構工業廠房設計

鋼結構工程要針對安裝階段和制作階段分別編制施工組織設計。此外，制作工藝還應包括制作階段得各項質量標準和工序，以及出臺各種緊急應對措施。

3.1鋼結構工業廠房支撐系統的設計原則

為了確保鋼結構廠房的空間設計達標，應適當提高其整體制度，傳遞和承受縱向水平力。從而避免壓桿失穩，防止桿件產生過大的變形開裂。并且還要確保車間吊車的整體設置以及廠房的高度、跨度和溫度區段的長度等情況布局可靠的支撐系統。下柱支撐的位置是決定廠房縱向結構變形方向的重要梁柱，它影響著溫度應力的大小，所以，下柱支撐應盡可能設在溫度區段的中部。使吊車粱等縱向構件能隨著溫度變化比較自由地向區段兩端伸縮。

3.2鋼結構工業廠房的抗震設計

對于鋼結構工業廠房的抗震設計，應該從以下幾個方面入手：

3.2.1在總體布置方面要求廠房剛度均勻分布和結構的質量，使廠房變形協調受力均勻，盡量避免因結構鋼度不均勻對抗震造成不利影響，廠房橫向結構宜采用鋼架與梁柱有一定的框架。這樣可以充分利用鋼結構的受力性能并減少橫向結構變形

3.2.2.對于鋼結構廠房的失效，一般情況是因為桿件失穩而造成并非桿件強度不足的原因，合理設置支捧系統可以保證廠房結構整體穩定性，對結構廠房尤為重要

3.2.3在防地震設計時應注意鋼結構對廠房搭建的影響。

3.3鋼結構工業廠房耐熱性設計論文

鋼結構的工業廠房防火能力較差。相應的鋼材結構在 100攝氏度以上時，鋼材的抗拉能力將隨著溫度的不斷升高而降低。當溫度增加到攝氏度 250左右時，鋼材的抗拉程度有所提高，但可塑性卻降低了，并出現了相應的脆裂現象，超過攝氏250度時鋼材將出現裂變現象。而溫度達到500℃時，鋼材將達到最低的強度從而致使相應的鋼材結構變異塌落。當相應的工業廠房溫度達到攝氏 150度時，應進行相應的隔熱和防火設計。

4.工業廠房鋼結構設計中應注意的問題

鋼結構工業廠房是企業生產區域的一個模塊，廠房都是為生產服務的。廠房結構設計不符合要求常表現為：鋼支架分布不合理，墻體厚度、高度、寬度指標不足等。鋼結構的形式包括空間桁架、框架、平面桁架、輕鋼、索膜、網架、塔桅等，設計師應根據企業的建廠條件和具體要求選擇結構，對于懸掛荷載偏大的應選擇網架結構，從而減小建筑荷載。此外，廠房結構選型還可以通過采用不同的材料來做支撐結構， 對于懸掛荷載偏大的應選擇網架結構，從而減小建筑荷載。此外，廠房結構選型還可以通過采用不同的材料來做支撐結構，具體選擇應根據其使用要求，合理選擇焊接鋼管、無縫鋼管等材料來滿足結構需要。無縫鋼管具有中空截面，可以用作輸送流體的管道；鋼管與圓鋼等實心鋼材相比，在抗彎抗扭等強度時，由于其質量較輕，用于廠房結構可增強鋼結構的穩定性。因此，在廠房設計中首先要滿足工藝要求，結構設計也一定要滿足工藝條件， 特別是在方案設計階段，設計人員應多參與工藝協調，多了解工藝布置，以便減少設計和施工不必要的麻煩。而一些企業在進行鋼結構廠房設計時，沒有從大局上把握設計思路，造成廠房占地位置劃分不合理或企業生產區域的面積不能充分利用。

5.結束語

隨著我國社會經濟的發展，各種工業廠房的建設日益加快，采用何種結構形式和結構布置應該綜合考慮生產工藝，經濟技術等因素的影響，既要考慮經濟因素又要滿足使用要求。鋼結構形式的工業廠房無疑具有其他結構形式所不具有的顯著優勢。

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