工業廠房鋼結構設計要點分析

鄭立楠

摘 要：工業化鋼結構廠房因便于施工、施工周期短、投資少等特點，其數目飛速增長。但是實踐研究表明，鋼結構廠房設計的技術要點中還存在著諸多的問題，需要引起設計人員的高度重視。本文對鋼結構廠房的設計中需要注意的主要問題進行了分析，以使鋼結構廠房設計安全可靠、經濟合理且美觀大方。

關鍵詞：鋼結構；工業廠房；設計

1 前言

在當前城市建設過程中，性能可靠的鋼結構受到了廣泛的關注，促使其實際的應用范圍擴大。在廠房建設的過程中，注重鋼結構的合理運用，有利于優化廠房實踐應用中的服務功能，延長其使用壽命。本文結合在工業建筑鋼結構設計過程中的體會，總結出了一些設計中應該注意的問題，希望對設計人員及施工人員有所幫助。

2 鋼結構廠房的優點

應用鋼結構建設廠房具有以下幾個方面的優點：①鋼結構與混凝土結構相比較，混凝土結構具有較為復雜的建筑工藝，且不具備較強的防震能力，而鋼結構因自重輕，不但能夠彌補這些缺陷，還可以有效降低了地基承載力。②在實際施工過程中具有較快的安裝速度，而鋼結構的組成零件可以進行大批量工業化生產，應用設備實施給料、焊接和開孔等作業，并及時處理好表面結構，有利于實際建設中的拼裝施工，在一定程度上可以減少施工周期。③鋼結構系統通常會應用具有較高強度的材料，而鋼結構廠房因投資成本不高，且拆遷便利，所以可以反復回收利用，避免了材料的浪費，對環境起到很好的保護作用。

3 鋼結構廠房設計要點

3.1 保溫隔熱與防火設計

鋼材具有非常好的導熱性能，對于鋼結構建筑，如果不進行保溫隔熱處理，勢必會造成大量能源浪費和消耗，同時還要滿足工藝性要求和舒適性要求。

鋼材受熱在100°c以上時，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強度降低，塑性增大；溫度在250°c左右時，鋼材抗拉強度略有提高，而塑性卻降低，出現藍脆現象；當溫度超過250°c時鋼材出現徐變現象；當溫度達500°c時，鋼材強度降至很低，以致鋼結構塌落。因此，當鋼結構表面溫度處于150°c以上時，必須做隔熱及防火設計，做法一般有兩種：①在鋼構件外包耐火磚，混凝土或硬質防火板材。②采用厚涂型防火涂料，厚度按《鋼結構防火涂料應用技術規程》計算。

3.2 屋蓋支撐系統及屋面設計

屋蓋支撐系統的布置應根據廠房跨度、高度、柱網布置、屋蓋結構形式、吊車設置及噸位大小、振動設備情況等條件來決定。一般情況下無論有檁或無檁體系的屋蓋結構均應設置垂直支撐，在無檁體系中，大型屋面板有三點和屋架焊接，可起到上弦支撐作用，但考慮到施工條件限制和安裝需要，無論有檁或無檁體系屋蓋均應在屋架上弦和天窗架上弦設置上弦橫向支撐。對于屋架間距不小于12 m的廠房或廠房內設有特重級橋式吊車或廠房內有較大振動設備的均應設置縱向水平支撐。

屋面設計的重點是防水。屋面防水設計涉及屋面坡度、天溝形式、單坡屋面長度等因素。屋面坡度最小為5%，在積雪較大的地區，坡度應適當增大。單坡屋面長度，主要取決于工程所在區域的最大溫差以及降雨所形成的最大水頭的高度。單坡屋面長度宜控制在70 m以內，若超過70 m，需做專題研究、特殊處理。

常用的鋼結構屋面做法有兩種：①雙層彩色壓型鋼板內夾保溫棉，使用量很大，但溫差大、單坡長造成的彩鋼板熱脹冷縮問題很難解決。②復合柔性鋼屋面系統，由屋面彩鋼板內板、隔汽層、保溫層、卷材防水層組成。

3.3 抗震能力設計

在鋼結構廠房施工建造前，應對結構的實際抗震性做綜合考慮，有利于解決日后復雜多變的地質問題。設計廠房結構時一定要將剛度與質量呈均勻分布，并應用鋼結構固有的受力性來降低橫向結構的變形程度。同時還要盡可能實現鋼結構對強度的要求，以確保杠桿不會失穩，從而有效提高整個鋼結構廠房的安全性和穩定性[2]。在發生地震的情況下，會出現低周疲勞影響，在設計過程中應充分考慮到其對廠房造成的影響。設計抗震性對于鋼結構廠方來說具有至關重要的作用。

4 工業廠房鋼結構設計中應注意的問題

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，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。

荷載計算是結構計算的前提條件，荷載取值的準確性直接關系到結構計算結果的可靠性。近年來，由于強降雪天氣，導致很多廠房、場館倒塌，因此設計人員一定要根據當地的雪荷載情況取其中的最大值，以確保建筑安全。強柱弱梁是設計要遵循的原則，強節點弱構件也是要重點考慮的問題。在很多情況下，構件滿足設計要求，但是節點卻不能滿足抗震要求。強柱弱梁指節點處柱端實際受彎承載力要大于梁端實際受彎承載力，由于廠房的梁柱中心線一般不能重合，而且柱的截面和節點偏心都比較大，對柱節點核心區的構造和受力往往都有一定的不利影響。此時我們一般采用增大柱端彎矩設計值的方法。其目的表現在調整后，柱的抗彎能力比之前強了，而梁不變，即柱的能力提高程度比梁大，這樣梁柱一起受力時，梁端可以先于柱屈服。

5 總結

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。以上對鋼結構工業廠房設計進行了簡單分析，為設計人員提供了一些參考依據，以便應用于以后的相關設計。

參考文獻：

[1] 李志勇，戴建琪.探討在廠房中門式剛架輕型鋼結構的設計思路[J].四川建材，2009（6）：54～56.

[2] 林攀舉.淺談門式鋼架輕型房屋鋼結構設計[J].科技資訊，2010（21）：73～74.