工業廠房設計中輕型鋼結構的應用

【摘要】輕型鋼結構具有較多的特點能夠保證在應用中工業廠房具有較強的優勢。本文從輕型鋼結構的特點入手，簡要說明了輕型鋼結構在工業廠房設計中應用的優勢，論述了工業廠房設計中輕型鋼結構的應用實例，分析了輕型鋼結構的設計需要注意的問題。

【關鍵詞】工業廠房；設計；輕型鋼結構；特點；應用；優勢；要求

隨著我國經濟的快速發展，工業生產相繼提速，為了保證工業生產的效率與質量，工業廠房建設步伐加快。設計者們不斷應用新材料、新工藝、新技術來提高工業廠房的質量與功能，來滿足工業生產的需要。由于輕型鋼結構具有較多的優點被設計人員所看好，在工業廠房建設中得到大量應用。輕型鋼結構不僅僅指由圓鋼，角鋼和薄壁型鋼組成的結構，它具有更廣泛的內容和含義。所謂輕型鋼結構，除了具有較小的自重外，還要具有較高的經濟效能。輕型鋼的主要代表形式有薄壁型鋼桁架結構，實腹式和格構式截面鋼架結構和屋面體系為網架或網殼結構[1]三種。判斷工業廠房設計中是否應用輕型鋼結構，除了用鋼量外，還要看其結構形式是否為輕型鋼結構。

一、輕型鋼結構的特點

輕型鋼結構材質具有較多的特點，其一是材料強度高，自重較輕。輕型鋼結構的抗拉強度比普通混凝土的強度要高出25倍左右，而且不產生裂縫，在工程中具有較好的結構性。由于輕型鋼材的顯著特點是自重小，特別是在大型工程中，其自重遠遠比其它結構小幾倍，從而降低了由高自重引發的施工困難的發生率。其二是塑性和韌性好。由于鋼結構具有我好的塑性變形特性，當某種原因導致其它結構斷裂時，同時發生在鋼結構上則只是表現為塑性變形，而且變形具有緩沖期，能夠為安全撤離提供充足的時間保障。韌性好表現在具有很強的吸收能量的能力，良好的耗能機制，對動態荷載的適應性強，抗震性能優良[2]。其三是鋼結構質地均勻，易于進行受力計算分析。其四是制造具有商業開發性。由于輕型鋼結構的應用具有統一的標準，其生產加工速度快，精度高，能夠實現商業化制造，而且應用安裝簡單，可檢性可控性好。

二、輕型鋼結構在工業廠房設計中應用的優勢

2.1輕型鋼結構造價較低

由于輕型鋼結構為集中生產，商業化模式運營，使得輕型鋼結構的造價較低，一般每平方米為500元左右。而其它結構的造價每平方米都在700元以上，因此，可以大大降低工程投入，能夠大大提高工程效益，對于業主來說，其資金投入預算就要少得多。

2.2輕型鋼結構的施工進度快

輕型鋼結構的生產具有標準化的特點，決定了輕型鋼結構的生產、安裝與應用具有機械化程度高、用工量少的優點，不但提高施工進度，而且降低施工成本。

2.3輕型鋼結構的施工受環境影響較小

受冬季施工影響小，工人勞動強度低，符合施工文明化進程的需要[3]。

2.4輕型鋼結構的應用對環境污染少

輕型鋼結構對人體不會產生危害，而且對環境的破壞幾乎為零，材料可以回收再利用。

三、工業廠房設計中輕型鋼結構的應用實例

3.1工程概況

圖1門式輕型鋼結構平面圖

某鋼結構廠房，采用門式輕型鋼架結構，總跨度為36m，長度100m，柱距18m，屋面坡度為1：15，屋面墻面均采用鍍鋅鋼板。設計使用年限50年，抗震設烈度為七度，鋼架鋼材采用Q345B型鋼材，焊條型號為E50。

3.2結構體系

設計時，首先要明確門式輕型鋼結構廠房各構件的最大負荷，為了增加穩固性需要設置支撐體系，保證廠房的使用壽命。單層廠房輕型鋼結構一般由橫向鋼框架、屋蓋鋼結構、支撐體系、吊車梁和制動梁以及墻架等構成。此外，還有一些次要的構件如梯子、走道、門窗等，在某些單層廠房鋼結構中，由于工藝操作上的要求，還可能設有工作平臺[4]。

3.3柱網平面布置及溫度伸縮縫的設置

1）當鋼構廠房的橫向長度較大時，一般可將邊列柱的上段柱剛度減小，使之產生塑性變形，從而避免設計縱向溫度伸縮縫。

2）門鋼結構的縱向溫度區段長度不大于300m，橫向溫度區段長度不大于150m。如需如設置溫度伸縮縫，溫度伸縮縫一般采用設置雙柱的辦法處理，在非地震區也可采用設計單柱的辦法處理。

3）為減少構件類型，采用雙柱的伸縮縫，柱軸線與橫向定位軸線的關系應與廠房端部柱的處理相同，一般采用不加插入距的方案，亦可采用加插入距的方案。

4）雙柱伸縮縫處兩相鄰柱中心線間的距離C，由柱腳的外包尺寸確定，并留出不小于30~50mm的凈空，設計時可參考下列數值選用：輕、中型廠房C=1000mm；重、特重型廠房C=1500或2000mm。

3.4墻架、支撐的設置

門式輕型鋼結構在墻架最好在鋼架柱以外，并依據墻板規格進行計算得出布置間距，在設計時將門窗等因素考慮進去，增強人性化的設計。對于支撐體系的架設，需要針對溫度區段、屋蓋設計橫向支撐體系，在屋面轉折處和屋蓋邊緣設置縱向支撐體系，且柱間支撐和屋面支撐均采用型鋼支撐。

3.5輕型鋼結構廠房的安裝

門鋼的安裝需根據設計圖紙的要求精心施工，本工程現場安裝連接主要采取以下措施：

1）鋼柱與基礎錨栓的連接采用雙螺母加焊。

2）壓型板與檁條采用自攻螺栓連接。

3）屋面檁條與檁托采用M12永久螺栓連接；屋面支撐采用M16安裝螺栓加焊；鋼架安裝時先做好臨時支撐，屋面檁條安裝好后，將支撐花籃螺絲擰緊；各構件之間必須保證連接可靠；

4）每個高強螺栓的預拉力見表1所示，而開孔的規定見表2所示。

四、工業廠房設計中輕型鋼結構應用需要注意的問題

4.1輕型鋼結構的防腐問題

鋼材最大的缺點就是遇濕生銹，引起鋼結構腐蝕，時間一長，就會降低鋼結構整體抗性，從而增加工業廠房的維護費用，降低使用年限。因此，工業廠房設計中必須重視輕型鋼結構的防腐問題。為了解決此問題，常常在鋼結構的外表進行涂層保護，以防止其生銹。

4.2鋼結構的防火問題

鋼結構遇熱延長，是其本身的特性，這也成為其應用的缺點之一。鋼遇火剛出現變軟變脆現象，甚至出現坍塌現象[5]。因此，在設計時，必須考慮防火因素。因此，鋼結構涂層除了具有防腐能力外，還要具有防火要求。另外，在防火等級上要達到二級極限要求，并設立廠房防火區域，加強管理，盡量降低因火產生的事故率。

五、總結語

輕型鋼結構具有其它建筑結構不具備的許多優點，使得輕型鋼結構在工業廠房設計中廣泛應用。但是輕型鋼結構也具有不可忽視的缺點，必須認真對待，在設計中加以防范，才能保證工業廠房的使用年限和安全可靠。