試論鋼結構工業廠房的設計與施工問題

潘雪松

摘 要：改革開放之后，我國的工業化進程在不斷加快，很多工廠如雨后春筍般出現在我國的各個城鎮中，而工業廠房作為工業生產必不可少的場所，廠房的建筑施工已經成為我國建筑行業的重要組成部分。而鋼建筑結構因具有自重輕、變形能力強、建筑工期短、整體剛性好和工業化程度高等特點，近些年來已經逐漸取代了混凝土建筑結構，成為工業廠房建筑結構的主流。但值得注意的是，鋼建筑結構雖然有諸多優點，但是其同時也存在防火性能差、易腐蝕等缺點，因此在進行廠房結構設計時一定要引起重視，這樣才能切實保證建筑結構的質量和合理性。

關鍵詞：鋼結構；工業廠房；設計；施工

中圖分類號： TU391 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）27-44-2

0 引言

我國工業近些年得到了較為良好的發展，廠房的設計也開始備受關注。我國過去的工業廠房所采用的原材料大多是鋼筋混凝土，近些年已經逐步發展成為鋼結構廠房建筑，其施工快，塑性好，現已經逐步的取代鋼筋混凝土結構廠房，同時在工業建筑方面得到了較為廣泛的應用。由此有必要對工業鋼結構廠房的設計要點進行詳細論述。

1 鋼結構類型

1.1 框架結構

單純的框架結構有著較高的側向承載力，一般在12層以內的鋼結構廠房中應用，有著良好的延展性。缺點是側向剛度小，層高有限制。優點是布置靈活，適合對房間空間要求大的廠房。

1.2 框架—中心支撐結構

支撐構件和周邊框架形成抗側力結構，形成支撐體系。中心支撐比交叉支撐更加適合，能夠采用單斜支撐和人字支撐。該結構有點是將側向位移大大減小，適合地震頻發區。

1.3 框架—偏心支撐（延性墻板）結構

該結構的主要特點是，梁和每對支撐交點或者支撐與梁交點和柱之間形成了消能梁段，偏心支撐耗能梁段的設置部位決定了支撐的位置。該結構有著較好的抗震性，尤其是采用偏心支撐的方法能夠有效地利用消能梁段。此結構需要注意使用強支撐、強柱和弱消能梁段。

1.4 內藏鋼支撐鋼筋混凝土剪力墻板結構

這種結構能夠很好地發揮抗震性能，結構中的鋼板支撐發揮了主要作用，其水平剛度會在外包鋼筋混凝土的保護下有所增加。

1.5 空間桁架結構

空間桁架結構的節點在圓球的鉸結點，通過任意一條軸線能夠轉動連接圓球鉸的桿件。所以，空間桁架被廣泛地應用到塔架、起重機構架、網架結構中。

2 鋼結構設計優化的基本方法

直覺優化和概念優化是現階段工業廠房建筑結構的兩種優化方式。其中，直覺優化指的是，設計師憑借自身扎實的設計理論基礎和豐富的設計經驗，選擇出工業廠房不同區域的最優設計方案。也就是說，在選擇最優設計方案時，設計師完全是根據自己的相關經驗進行的一個主觀判斷，這種設計方案沒有經過科學的計算和檢驗，一旦廠房的實際情況不在設計師熟悉的領域之內，那么極有可能會存在諸多的不合理之處，進而直接影響到廠房的使用效果，所以這種優化方式具有一定的風險性。概念設計指的是設計師憑借豐富的設計經驗，并且采用科學的計算方法和檢驗手段對設計方案進行不斷改進優化，直至得到最佳的設計方案。在實際的工作中往往是直覺優化和概念優化這兩種優化方式有機結合使用，這樣能夠使建筑結構的整體布局更加科學。

3 鋼結構廠房設計施工問題分析

3.1 鋼結構廠房的結構設計問題

由于工藝布置等方面的要求，為了拓展廠房的空間，鋼結構廠房一般會采用框架結構，此外，如果廠房的層數比較多且能達到一定的工藝條件時也能采用框剪結構。鋼結構廠房設計對其結構布置的要求是要對稱均勻地布置柱網，并使廠房的質量中心與剛度中心接近，達到降低廠房空間的扭轉作用的目的。鋼結構廠房的結構體系需要具備規則、簡捷以及傳力明確的特點，防止凹角、收縮以及現應力集中或者由于豎向過多而導致的內收或外挑等現象的出現，提高豎向剛度的穩定性。而在多層廠房中，由于其柱距方向尺寸小，柱子多、跨度方向尺寸大，柱子少的特點，所以一般對其采用橫向控制的方式，實現縱橫向的抗震能力的一致，提高鋼結構廠房的抗震性能，促進鋼結構廠房設計的經濟性和合理性。

3.2 鋼材料的傳導性

鋼結構建筑物內比較空曠的時候回出現回音，這一現象的出現和鋼材傳導性有著密切的聯系。此外，鋼材有著較好的導熱性，在寒冷的冬季如果可以高效地吸收外部的熱量能夠加工室內溫度提高。大型公共場合有著較大的空間，聲音在這種環境中傳遞得比較快，如何解決回音問題成為鋼結構廠房建設中必須考慮的一項內容，一般情況下可以利用反射板解決。

4 加強鋼結構工業廠房設計與施工的措施

4.1 結構與布局的改進

在建設鋼結構廠房前，應當以科學依據為基礎選擇鋼結構的形式，根據廠房的需要選擇適合的形式。在鋼結構形式選擇前，首先要考慮的就是何在大小的問題。鋼結構設計應當保持均勻，網架結構是何在較大情況下常用的鋼結構形式，能否充分發揮鋼結構的作用。

4.2 做好防火設計

不同于混凝土結構廠房，鋼結構廠房非常容易受溫度的不良影響，這導致鋼結構廠房的防火能力相對較差。所以在開展鋼結構廠房設計作業時，一定要科學開展防火設計以及隔熱設計，提升工業廠房的可靠性與其安全性，使工業生產能夠安全、穩定的進行。就此在開展設計工作時，需要明確劃分以及定義廠房建筑火災危險性類別、防火等級。除此之外，還需要基于相關規定要求以及防火規范，選擇使用質量達標，同時和廠房建筑防火等級一致的鋼構件，從而防止火災對鋼結構建筑帶來過大的影響、損害。現階段，可通過防火涂料的科學涂刷、使用，從而達到增強鋼構件的耐火強度的目的。另外在開展設計工作時，相關設計人員還應當通過安全出口以及疏散樓梯的有效設計，從而使得火災在發生之后，施工人員均得到及時的疏散，從而減少火災事故損失。

4.3 加強防腐設計并定期做好后期保養工作

我們都知道在空氣中的氧氣和水分的相互作用下，鋼結構十分容易出現氧化情況。如果長期處于潮濕的環境中，那么鋼結構被腐蝕得更加嚴重。鋼結構被腐蝕之后其截面會隨著腐蝕程度的加深而不斷縮小，同時表面出現的銹坑會使鋼構件在使用過程中發生應力集中的現象，進而降低廠房的使用壽命。因此，設計人員要根據工廠生產的實際環境，制定出具有針對性的、合理的設計方案，并采取相應的防腐措施，以確保鋼構件的使用壽命。目前，我國主要是通過在鋼構件的表面使用防銹防腐涂料來保護鋼材，但是不同部位的鋼結構其防銹防腐要求會具有很大的差別，因此在涂刷時要根據相關要求進行，而不是越厚越好。此外，設計人員要在圖紙上標記出容易出現腐蝕的部位，這樣后期養護人員才能夠以此為依據進行廠房的護理工作。

4.4 對屋面結構與支撐系統進行設計優化

設計人員要根據廠房的跨度、當地的抗震等級以及吊車的噸位等具體情況，開展屋面支撐系統的設計。一般說來，所有的鋼結構廠房都要具備最基礎的垂直支撐結構。如果廠房需要安裝特重級橋式吊車或者配備大型振動設備，那么廠房建筑結構需要使用縱向水平支撐結構。總之，不同的廠房其需要的支撐結構也會有所差別，這就需要設計人員具體問題具體分析。此外，要根據國家相關規范以及廠房的實際情況設計合理的排水系統。國家規定，鋼結構廠房屋面的坡度不低于50，如果是南方比較多雨的地區，可以相應的增加坡度。

5 結束語

鋼結構的設計效果以及質量直接關系到工業廠房建筑的穩定性與其安全性，所以在開展鋼結構設計時，一定要考慮到工業廠房建筑的實際情況，與其具體應用方向。除此之外，在設計過程中，還應當將各種新型技術以及新型設計理念應用到鋼結構廠房設計中，從而確保鋼結構設計的有效性，同時降低廠房的鋼材用量。

參 考 文 獻

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