多層輕鋼結構工業廠房的設計與應用分析

曾長生

廈門新長誠鋼構工程有限公司（361022）

多層輕鋼結構工業廠房的設計與應用分析

曾長生

廈門新長誠鋼構工程有限公司（361022）

多層輕鋼結構在實際應用中會出現鋼結構腐蝕、漏水等現象，因此必須加強多層輕鋼結構廠房設計水平。設計時，設計人員要認真分析多層輕鋼結構廠房的特點、結構布置合理設計和施工，以提高廠房質量。

多層輕鋼結構；工業廠房；設計

與鋼筋混凝土廠房相比，多層輕鋼結構廠房的用鋼量少、自重輕、抗震性能強、施工簡單。多層輕鋼結構廠房集設計、制造和施工為一體，施工速度快，節能效果顯著。

鋼結構是一種綠色環保材料，建筑結構使用螺栓連接，不會產生噪聲和建筑垃圾。因此，在工業廠房中廣泛應用。

1 多層輕鋼結構工業廠房的特點

1.1 采用輕型圍護結構

多層輕鋼結構采用帶有彩色涂層的壓型鋼板和夾芯金屬板，保溫隔熱效果好，外形美觀，已經完全取代傳統的多層廠房砌體圍護墻體。輕型圍護結構是多層輕鋼結構廠房中的主要圍護材料，這種材料能降低鋼結構的自重和承載力。

1.2 層高與柱網尺寸大

與一般的民用高層建筑相比，多層輕鋼結構高度在4～8 m，所以一個4層的廠房可能就相當于民用建筑的8層。多層輕鋼結構廠房內部空間大，柱距一般為6～12 m，有時候甚至高達18 m。

1.3 施工周期短

與傳統的混凝土廠房相比，多層輕鋼結構廠房設計、生產、施工一體化，現場不需要進行焊接，所以極大地提高了施工效率，施工周期短，資金流動速度快。

2 多層輕鋼工業廠房的結構布置

2.1 柱網布置

傳統建筑工程的柱距模數一般為3 m、6 m、9 m、12 m等。但是多層輕鋼結構廠房鋼架的，柱距模數為4.5 m、7.5 m、9 m、12 m等。鋼架的跨度則根據廠房的實際情況設置。

2.2 結構體系

多層輕鋼結構廠房一般采用弓形或者箱形柱的空間框架，構件大多數都是鋼板焊接，這種結構體系的側向剛度小，需要設置側向支撐。或者根據電梯井的布置，采用框架抗剪桁架結構或者框架鋼混剪力墻結構，這種結構能夠對建筑水平位移進行控制。比如，某電子裝配廠為多層鋼結構廠房，廠房長84 m，寬28 m，建筑總面積為10 782 m2，廠房平面圖形為矩形。該建筑主體部分一共有4層，局部6層，首層層高7 m，二層層高為6 m，三層層高為5.1 m，四層層高為5 m。該廠房的主承重結構為三跨工形截面鋼框架結構。

2.3 結構樓板的選用

多層輕鋼結構廠房的樓板必須具備一定的剛度、承載力。常用的形式有壓型鋼板組合樓蓋和預制板疊層組合樓蓋。壓型鋼板組合樓蓋是在鋼梁上鋪設壓型鋼板，然后在鋼板上澆筑厚度為100～150 mm的鋼筋混凝土。鋼梁和壓型鋼板用螺栓連接。所以在設計的時候，要考慮到鋼梁和樓板的組合方式，這樣能降低鋼梁的用鋼量，提高樓層凈高。預制板疊層組合樓蓋則是在鋼梁上鋪設預應力鋼筋混凝土薄板，然后在薄板上澆筑厚度為100～150 mm的鋼筋混凝土。這種結構省去了壓型鋼板，降低了鋼材的用量，因此有利于降低整個廠房的造價[1]。

3 多層輕鋼結構工業廠房的設計與施工

3.1 圖紙設計的重要性

多層輕鋼結構工業廠房設計圖紙是廠房施工的前提和基礎。在設計過程中，首先，結合施工場地的自然環境、地形地貌、水文條件、天氣等因素，制訂科學的施工方案。其次，在設計過程中，要考慮鋼結構材料的運輸、使用剛度、強度和穩定性能否滿足廠房的施工要求，并做好防腐蝕和防火等措施。在設計圖紙中，還要對鋼結構的型號、連接件的型號、材料使用年限等進行說明，這樣才能確保多層輕鋼結構廠房的適用年限。最后，為了確保廠房的設計圖紙符合廠家的生產要求，圖紙設計好以后，還要進行圖紙會審。設計單位聯合建設單位、生產廠家對圖紙進行會審。生產廠家結合生產的特點，及時調整設計圖紙，確保設計圖紙的最優化，減少施工過程的設計變更，從而有效控制廠房施工成本。多層輕鋼結構工業廠房設計過程中，還要根據制作環節和安裝環節編制工程施工組織設計方案，包括廠房制作各個子項目的工藝要求和技術要求，從而確保各個環節符合設計要求。

3.2 對多層輕鋼結構工業廠房的抗震性設計

我國是一個地震活動頻繁的國家，地震活動會造成建筑出現倒塌、塌陷、建筑結構斷裂等現象。工業廠房人群密集，如果廠房出現質量問題，一旦發生地震，可能造成大量人員傷亡。因此，必須做好工業廠房抗震設計。抗震設計主要從以下幾個方面考慮：第一，按照廠房結構的質量和剛度總體布置，確保廠房各個部分受力均勻，以免鋼結構受力不均勻影響結構的抗震效果。廠房橫向結構可以使用鋼架或者梁柱框架，以減少建筑橫向變形。第二，多層輕鋼結構廠房桿件強度不足往往是由于桿件失穩造成的，所以必須合理布置鋼結構的支撐系統，確保鋼結構廠房整體框架的穩定性。第三，提高鋼結構薄弱環節的抗震性能。地震發生時，廠房鋼結構薄弱環節首先受到地震波的沖擊，發生變形、斷裂等現象。所以在設計的時候，要適當提高薄弱環節鋼結構的延性、剛性，減少地震作用對建筑的扭轉作用和側向位移力。

3.3 多層輕鋼結構工業廠房防腐、防火設計

鋼結構由純鐵、碳以及其他雜質構成，其中純鐵占99%。鋼結構長期裸露在空氣中，很容易受到自然環境下的雨水、空氣等的腐蝕，很容易生銹，從而影響到鋼結構的使用壽命。因此，必須對鋼結構進行防腐蝕處理，防腐處理可以采用涂裝方式，涂防銹底漆和面漆。鋼結構室內的防腐蝕涂層一般厚度在100 um，室外的鋼結構材料涂抹厚度在150～200 um。如果廠房處于強酸環境中，則使用專用的防酸漆，降低酸性物質對鋼結構的腐蝕。按照國家建筑行業的相關規定，鋼結構材料的表面防腐蝕的等級為A、B、C、D。在設計過程中，根據工業廠房的實際需求確定防腐蝕等級。

鋼結構廠房的防火性能差，當鋼材溫度在100℃以上，鋼材的抗拉力強度降低，塑性提高；溫度達到250℃，鋼材抗拉強度稍微提高，塑性降低，會出現藍脆現象；溫度超過了250℃，鋼材會出現徐變；溫度超過500℃，鋼材強度降到最低，鋼結構很容易出現坍塌現象。因此，鋼結構超過150℃時，要作防火處理，可以在鋼結構上涂抹耐熱涂料。

3.4 多層輕鋼結構工業廠房施工時對輕鋼屋面的保護措施

多層輕鋼結構廠房施工過程中，可能會造成屋面漏水、漏雨現象。因此要做好屋面的防水措施。首先，確定房屋的坡度，屋面檀條高度設計為最高高度，避免屋面不均勻出現下撓。其次，作好屋面結構細節處理。泛水板與彩色壓型鋼板使用塔接方式連接，塔接部分設置堵頭和擋水板。施工時，鋼板向上翹30°，可以防止屋面漏水。外天溝一端用墻板支撐，另外一端則用槽型件支撐，確保天溝的深度、兩端作好溢水處理。

4 小結

隨著建筑行業的發展，多層輕鋼結構廠房應用越來越多。但是在設計的時候，一定要結合廠房的實際情況和鋼結構的特點，作好多層輕鋼結構廠房的防腐蝕、防火處理，確保多層輕鋼結構廠房的施工質量。

[1]吳陳.多層輕鋼結構工業廠房的設計探討[J].中國房地產業,2016(10)：103.