鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)化設(shè)計研究

劉偉

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)有其自身的特性，將其應(yīng)用于工業(yè)廠房之中，可以較好地提升工業(yè)廠房的承載能力、抗震性能和整體剛度。然而，在鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計中也要注意相關(guān)細(xì)節(jié)問題，并找出相應(yīng)的解決對策。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)廠房；設(shè)計問題；可靠性；優(yōu)化措施

1 引言

鋼結(jié)構(gòu)以其突出的特點在建筑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。下面我將探討了鋼結(jié)構(gòu)的性能，分析了鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計、應(yīng)用中的特點，闡述了鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計中的十個細(xì)節(jié)問題及其解決對策。

2 鋼結(jié)構(gòu)性能及鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計特點

鋼結(jié)構(gòu)材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的特點。在相同的荷載和約束條件下，鋼結(jié)構(gòu)材料表現(xiàn)出比鋼筋混凝土自重更小的優(yōu)點。同時，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化生產(chǎn)效率高、工期短，具有良好的抗震性能和延展性能，可削弱地震對結(jié)構(gòu)的破壞性影響。鋼結(jié)構(gòu)材料還具有良好的耐熱性能，并體現(xiàn)出對環(huán)境污染較小的優(yōu)勢。

鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計具有自身的特點，具體表現(xiàn)在：①自重輕，跨度大；②抗震性和抗沖擊性良好，具有極強(qiáng)的剛性和變形能力；③防火性和防腐蝕性高，并表現(xiàn)出極高的密封性；④回收利用便捷，環(huán)保性能優(yōu)越；⑤工業(yè)化、機(jī)械化程度高，易于加固、接高、隔斷等改造。

3 鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計的常見細(xì)節(jié)問題及優(yōu)化措施

3.1 屋面設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面尤其要注重防水設(shè)計，要結(jié)合屋面坡度、天溝類型、單坡屋面長度，合理確定屋面防水施工工藝和技術(shù)，并根據(jù)當(dāng)?shù)販囟取⒔涤炅壳闆r進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)和處理。

3.2 溫度伸縮縫設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房對溫度比較敏感，為了避免溫差對鋼結(jié)構(gòu)廠房的影響，要進(jìn)行溫度伸縮縫的合理設(shè)計，可在柱頂或梁中部位置設(shè)置滑動支座或雙柱。滑動支座設(shè)置于柱頂或梁中反彎點處，可以較好地保證側(cè)向位移效果，然而其缺陷在于不適用于梁截面變化較大的廠房結(jié)構(gòu)，需要更大的屋面支撐；而設(shè)置雙柱的方式則可以較好地消除溫度應(yīng)力的不良影響。

3.3 荷載設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計要注重荷載取值的計算，充分考慮工業(yè)廠房的實際使用情況及環(huán)境、氣候等影響因素，提升鋼結(jié)構(gòu)廠房的可靠性。

3.4 柱設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房的鋼柱截面由型鋼截面和組合截面構(gòu)成。在型鋼截面柱的設(shè)計中，要考慮型鋼種類及其型號的差異性；而在組合截面柱的設(shè)計中，則要考慮構(gòu)件受力性質(zhì)、大小等因素。

3.5 支撐系統(tǒng)設(shè)計

①支撐體系設(shè)置。可以沿縱向設(shè)計若干道屋面水平支撐，同時設(shè)計與其數(shù)量相同的柱間支撐，并在靠近中間的兩道支撐處設(shè)置下柱支撐，以較好地連接各個平面的框架，提供側(cè)向支撐點，合理傳遞風(fēng)力、溫度應(yīng)力、地震力等縱向荷載。②支撐形式設(shè)計。可以設(shè)計一定厚度的磚墻，并在鋼柱處設(shè)置錨固鋼筋，以提升結(jié)構(gòu)的整體剛度。柱間支撐要注意選取硬度較大的角鋼作為支撐。③隅撐的設(shè)計。單純依靠屋面、柱間支撐還難以確保鋼結(jié)構(gòu)廠房的整體穩(wěn)定性和縱向剛度，還要設(shè)計隅撐和檁條，以減少屋面梁的長度，使結(jié)構(gòu)支撐點的設(shè)置距離相對較小。

3.6 節(jié)點設(shè)計

節(jié)點連接方式的設(shè)計關(guān)乎鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全性，可以結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)傳力的特點，考慮施工場地、現(xiàn)場環(huán)境、吊裝順序等因素，選取剛接、半剛接、鉸接等不同的節(jié)點連接方式。同時，還要注意鋼結(jié)構(gòu)焊縫連接和螺栓連接的不同特點：焊縫連接無須附加連接板，也無須開孔，操作便捷且具有良好的密封性，但在焊接操作中易受到焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的影響而出現(xiàn)低溫冷脆的現(xiàn)象；螺栓連接易于安裝和拆卸，但要對準(zhǔn)螺栓孔方可拼裝，一般來說，要用高強(qiáng)螺栓連接梁柱節(jié)點位置，用普通螺栓連接檁條及梁柱連接處。

3.7 防銹處理

由于鋼結(jié)構(gòu)材料的自身特性，必須重視鋼結(jié)構(gòu)廠房的防銹處理設(shè)計。要明確和把握鋼結(jié)構(gòu)廠房的選址、布局、材料、車間工藝等，并要預(yù)先在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹防銹漆。結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用環(huán)境，合理確定防銹漆涂層的數(shù)量、厚度；一般來說，防銹漆的外部厚度應(yīng)當(dāng)在150mm～200um、內(nèi)部厚度在100um為宜。未來還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對高性能涂料、不易銹蝕的耐候鋼的研究，以期更好地提升鋼結(jié)構(gòu)廠房的質(zhì)量。

3.8 隔熱及防火設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)材料受溫度變化的影響，會出現(xiàn)強(qiáng)度、塑性、徐變等，為此，要做好鋼結(jié)構(gòu)材料的保溫隔熱和防火設(shè)計。可以采用澆筑混凝土、安裝耐火磚的方式，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能。同時，可通過截流法、疏導(dǎo)法等措施，實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)。以截流法中的噴涂法為例，它是將具有隔熱性能的防火涂料噴涂于鋼結(jié)構(gòu)表面，不受限于鋼結(jié)構(gòu)的幾何形體變化，具有易于操作的特點，能夠較好地提升鋼結(jié)構(gòu)廠房的耐火等級。

3.9 抗震設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計要注重地震對廠房的破壞性影響，確保鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)平面的完整、對稱，使其質(zhì)量和剛度分布均勻合理、質(zhì)心與剛度中心相重合。同時，還要做好柱間支撐的設(shè)計，通過科學(xué)合理的計算，確定鋼結(jié)構(gòu)廠房柱間支撐的合理數(shù)量、間距，使柱間支撐與鋼柱穩(wěn)固連接。鋼結(jié)構(gòu)廠房的高寬比設(shè)計要科學(xué)合理，能夠起到良好的減震效果。

3.10 地下室設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)廠房地下室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計也是不可缺少的重要部分，要著重分析地下室結(jié)構(gòu)的抗浮、防水和防震等問題，切實有效地提出解決對策。具體來說，主要的抗浮防水措施有：測量并確定抗浮設(shè)防水位；增加基礎(chǔ)配重；提高基坑坑底的設(shè)計標(biāo)高；主要的抗震設(shè)計：使地下室建筑深埋高度超出地下室的外地面高度。

3.11 選取廠房柱經(jīng)濟(jì)合理的柱網(wǎng)布置

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計時也要選取經(jīng)濟(jì)合理的方案。在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)廠房之前，要先對施工場地進(jìn)行了解與規(guī)劃，計算并確定柱間距，再繪制總設(shè)計圖。鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計時，對于軌頂標(biāo)高不高的采用12m或15m的柱距都是合理的，但是，軌頂標(biāo)高高于2.5米時，就要選用18m的基本柱距了。因此，在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)廠房時，柱網(wǎng)布置要根據(jù)實際情況進(jìn)行合理的選擇，并符合經(jīng)濟(jì)的原則確定柱距。

3.12 確定廠房準(zhǔn)確的工藝要求

在制定好整體廠房的結(jié)構(gòu)后，以經(jīng)濟(jì)合理為基礎(chǔ)確定廠房高度，準(zhǔn)確掌握鋼結(jié)構(gòu)廠房的工藝要求。在設(shè)計好平面結(jié)構(gòu)圖后，具體分析廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)，按照工藝專業(yè)要求進(jìn)行施工。廠房設(shè)計時有一些基本要求，認(rèn)得通道的凈空要求，要考慮單軌軌底標(biāo)高之間的關(guān)系，還要注意管道的布置、屋面結(jié)構(gòu)的撓度等因素，這些都需要精確的計算。除此之外，還要考慮下柱橫向肢距，要方便管線的布置。因此，在確定鋼結(jié)構(gòu)廠房的高度時，要先明確廠房工藝專業(yè)的要求，才能保證廠房的實質(zhì)性與安全性。

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計要充分考慮實際情況，科學(xué)合理地進(jìn)行各個部門的設(shè)計，使鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化，提升鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全性，突顯鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)勢特點，并在未來的設(shè)計中不斷拓展和深化。逐漸解決鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計中的問題，拓寬鋼結(jié)構(gòu)的使用范圍，向經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、低碳環(huán)保的方向發(fā)展。

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