門式鋼架的設(shè)計(jì)原則及方案選擇探究

(福建工程學(xué)院 福建 福州 350118)

一、門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)形式

(一)根據(jù)跨數(shù)分類

所謂跨，是指鋼結(jié)構(gòu)廠房?jī)蓚€(gè)立柱之間的部分，其長(zhǎng)度稱作跨度。通常情況下跨度L=N-1，式子中，L表示跨度，N表示立柱數(shù)量。根據(jù)跨數(shù)可以將鋼結(jié)構(gòu)廠房分為單跨式、雙跨式、多跨式；跨數(shù)越多、跨度越大其體型越大，穩(wěn)定性和整體剛度相對(duì)就越差。一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)廠房跨度一般為9m-36m。

(二)根據(jù)坡度形式分類

根據(jù)坡度可以將框架上門式鋼架結(jié)構(gòu)廠房分為單坡、雙坡、三坡、多坡等形式，結(jié)合之前的跨度，可以綜合進(jìn)行分類，將門式鋼架結(jié)構(gòu)廠房分為單跨單坡、單跨雙坡、雙跨單坡、雙跨雙坡等多種形式。每一種形式由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，對(duì)于抗震、節(jié)能等方面的設(shè)計(jì)要求有所區(qū)別。

二、框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)

(一)組合性特點(diǎn)

框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房實(shí)際上是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的組合形式，底層是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，上層是鋼架結(jié)構(gòu)，一方面由于混凝土框架結(jié)構(gòu)具有基礎(chǔ)穩(wěn)固、抗壓能力大、耐腐蝕等特點(diǎn)，其在底部可以承受來(lái)自上部鋼架結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)的荷載，更好地進(jìn)行防潮防銹蝕；另一方面上部的鋼架結(jié)構(gòu)由于其材質(zhì)輕、結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)，減少了廠房的自重和方便在工藝改裝、產(chǎn)能擴(kuò)充等需要時(shí)對(duì)廠房進(jìn)行加闊和改造。組合性的特點(diǎn)集鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)于一體，更好地發(fā)揮結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能。

(二)建設(shè)周期短，節(jié)約資源，更加環(huán)保

由于相比普通的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房在做好下部基礎(chǔ)后基本上是工廠預(yù)制后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模塊化拼裝，更加有利于控制施工進(jìn)度。且鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制作在工廠進(jìn)行，相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，減少了混凝土的現(xiàn)場(chǎng)澆注、攪拌等程序，大大減少了建筑垃圾，更加環(huán)保。

(三)耐火性能較差

由于上部鋼架結(jié)構(gòu)的耐火性較差，導(dǎo)致整個(gè)框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房的耐火性能相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體下降，鋼結(jié)構(gòu)在高溫下易燃，這個(gè)特點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)最大的弱點(diǎn)，也給框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

(四)耐腐蝕性能較差

由于鋼結(jié)構(gòu)在接觸到水、氧氣等物質(zhì)時(shí)容易發(fā)生氧化腐蝕，腐蝕的直接后果是導(dǎo)致框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房出現(xiàn)銹斑，嚴(yán)重者直接產(chǎn)生空洞、斷裂甚至垮塌。腐蝕嚴(yán)重影響著其結(jié)構(gòu)安全，因此在框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)工作中應(yīng)該充分考慮上部鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能。

三、框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

(一)強(qiáng)化組合結(jié)構(gòu)的接觸面設(shè)計(jì)

為加強(qiáng)其垂直面上的整體性，框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)應(yīng)該加強(qiáng)其接觸面，即上部鋼結(jié)構(gòu)和下部鋼筋混凝土框架之間的連接設(shè)計(jì)。如設(shè)計(jì)足夠數(shù)量和強(qiáng)度，且對(duì)策分布的螺栓。以加強(qiáng)其整體性，充分發(fā)揮組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能，并進(jìn)一步加強(qiáng)抗震尤其是抗擊水平地震荷載的能力。

(二)屋面坡度和采光設(shè)計(jì)

框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房的屋面坡度對(duì)其排水、積雪等荷載的排泄能力有著重要影響。坡度太大往往會(huì)導(dǎo)致柱間距和廠房開間過(guò)小，影響了其有效使用面積。坡度太小會(huì)造成柱間距太大，寬度超過(guò)限值而出現(xiàn)橫梁抗彎抗剪能力受到影響，進(jìn)一步影響結(jié)構(gòu)安全；且太平緩的坡度，容易造成其排水不暢，需荷載堆積造成屋面嚴(yán)重受壓力和侵蝕。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)實(shí)際嚴(yán)格核算其雪荷載、降雨量等因素，保證廠房的使用需求和安全性能不受影響。

同時(shí)，應(yīng)重視廠房的采光設(shè)計(jì)，在維護(hù)結(jié)構(gòu)上要設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)采光窗口，保證廠房的采光通風(fēng)性能良好，便于使用且節(jié)能環(huán)保。

(三)耐火設(shè)計(jì)

正如前文所述，鋼結(jié)構(gòu)耐火性能較差，因此在框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中，防火設(shè)計(jì)應(yīng)該作為其重中之重予以考慮。耐火設(shè)計(jì)要滿足如下幾個(gè)方面的要求：一是使用的橫梁、立柱、屋面板、維護(hù)結(jié)構(gòu)等鋼材耐火極限等防火指標(biāo)要滿足耐火相關(guān)規(guī)范要求；二是要進(jìn)行必要的防火涂料處理，防火涂料在起火時(shí)會(huì)起到起泡、增厚等變化，以將鋼結(jié)構(gòu)與明火隔離，達(dá)到防火的目的；三是要配套設(shè)計(jì)消防系統(tǒng)，消防器材的配備要滿足規(guī)范要求；四是要推廣使用耐火性能優(yōu)良的新型型鋼、鋼板等材料在框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房中的應(yīng)用。

(四)防腐設(shè)計(jì)

和耐火性較差一樣，易于腐蝕也是鋼結(jié)構(gòu)的主要弱點(diǎn)。其設(shè)計(jì)優(yōu)化措施主要包括：一是使用耐腐蝕性能良好的鋼材；二是做好防腐漆涂刷設(shè)計(jì)，由于目前情況下，鋼材的種類和型號(hào)有限，新材料技術(shù)又往往導(dǎo)致造價(jià)較高，因此重點(diǎn)就落腳在了防腐設(shè)計(jì)上，防腐要多流程多層級(jí)進(jìn)行，即要有必要的除銹打磨，不得在鋼材上直接刷漆，且防腐要以多底多面的形式，底漆太薄容易導(dǎo)致防腐質(zhì)量問(wèn)題，在防腐要求特別高的場(chǎng)合，可以用底漆、面漆加分層打膩?zhàn)拥募夹g(shù)實(shí)行強(qiáng)防腐，確保其使用質(zhì)量。

(五)混凝土框架設(shè)計(jì)

底層混凝土框架結(jié)構(gòu)是框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)和根基，要強(qiáng)化其設(shè)計(jì)措施。要使用較高標(biāo)號(hào)的水凝，加強(qiáng)其抗壓能力，底層框架結(jié)構(gòu)柱子截面要滿足設(shè)計(jì)要求，接觸面的預(yù)埋鐵件強(qiáng)度要大于上部鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。混凝土要養(yǎng)護(hù)到位，不得出現(xiàn)質(zhì)量通病，影響其結(jié)構(gòu)安全的美觀。

四、結(jié)論

框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房在多種生產(chǎn)企業(yè)得到較為廣泛的應(yīng)用，根據(jù)其跨數(shù)、坡度等因素可以將其分為很多種類。框架上門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房具備組合性、建設(shè)周期短，節(jié)約資源、耐火性能較差、耐腐蝕性能較差、抗震性能好等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該根據(jù)這些特點(diǎn)，對(duì)其上下兩層結(jié)構(gòu)的接觸面、通風(fēng)采光、防火、防腐、混凝土框架等采取優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，以實(shí)現(xiàn)其質(zhì)量、安全和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。