鋼結構在工業廠房設計中的應用

李 偉 山西太鋼工程技術有限公司

1 前言

鋼材作為建筑材料的一種，其自身具有質量輕、強度高、抗震性強以及延展性好等性能優勢，能夠實現工業化生產加工，以確保整個工程項目施工進度全面提升。在工業廠房結構設計中應用鋼結構形式，能夠對于廠房的實用性和功能性進行全面提升，從而降低廠房建筑施工成本，整合施工作業中的各項要求，在滿足經濟條件下對于廠房的安全性做出保證。

2 工業廠房中鋼結構的應用特點

工業廠房結構設計過程中，將施工的各個環節對于鋼結構的部分進行合理化設計，是工業廠房設計取得顯著的經濟效益和質量效益的前提保障。對于鋼結構工業廠房而言，相比于混凝土結構設計其能夠全面降低廠房設計難度，從而提升廠房建設施工效率，同時鋼結構設計在實際應用中其經濟性比較強，因為在鋼材料拼湊過程可以節約很多的施工原材料，對于施工經濟成本降低具有良好的促進作用。其次，鋼結構的延展性較好，如果在廠房設計中應用鋼結構，可以利用鋼結構的特點對各種設計工藝要求進行滿足，其可以在設計結構中設置較大的空間，以保證上部空間應用的合理性，從而有效的滿足設計工藝，節約建設施工經濟成本。最后對于其環保理念來說，鋼材料是屬于一種高利用率的建筑材料，并且可以多次利用在廠房設計中，對于人力物力等需求不高，同時拆卸之后的鋼材料可以進行回收二次應用，循環性能高，利于國家以及企業的環保事業發展。

鋼結構廠房的主要特點就是其抗震能力強，在地震頻繁的地區，一般都會采用鋼結構建筑廠房，同時鋼結構自身化學活躍度低，用此材料建成的廠房具有優秀防火災和防意外事故的能力，其抗腐蝕、抗老化、密封性較好，不但可以適應于現代工業廠房的設計需求，同時還可以應用在冷化庫工廠等地點。一般工廠整體化制造都需用到鋼結構設計，其結構設計的應用可以使工業化設計建設速度加快，在實際工業廠房建設中，只需要吊裝極少量鋼材料進行拼裝即可，在此狀態下，一座大型的鋼結構框架的工業廠房只需要一到兩個月就可以竣工。另外由于鋼結構工業廠房的建設總體面積較小，可以有效的提升廠房的實際使用空間。同時其可改裝性能較高，因為鋼結構廠房通常都是大跨度結構設計，其保證了內部空間的充裕性，可以在使用中根據實際客戶需求做好相對應的分隔處理，然后實現不同的功能區間，從而滿足客戶對其的使用需求。

3 鋼結構在工業廠房設計中的實際應用

3.1 實際案例

我國某鋼廠新建工業廠房，該結構是按照輕鋼結構設計，同時符合國家規范對廠房結構設計的規定及要求。

鋼結構主體采用門式剛架，柱距6m，廠房跨度12m，單層廠房，檐口高度6.35m，建筑面積約360m2，建筑防火等級為三級，屋面防水等級為二級。剛架柱腳采用螺栓與獨立基礎連接。鋼結構主體完工后，刷防銹漆兩遍。墻體封閉采用C型檁C160×60×3+80mm 厚復合巖棉保溫板，屋面封閉采用C 型檁C160×60×3+50mm 厚復合巖棉保溫板。此結構地震設防烈度為八度，使用壽命為50年。

依據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》、JGJ 82—2011《鋼結構高強度螺栓連接技術規程》、GB 50016—2014《建筑設計防火規范》（2018 年版）等規范要求，建設場地的風載為0.40kN/m2，10.9級高強螺栓可承拉力：225kN/根（直徑：24mm）活荷載：2.0kN/m2。本設計方案中的耐火極限溫度范圍在450℃～650℃，極限時長為60min 左右。超過極限范圍會導致結構損壞而影響正常使用。

鋼結構施工方案：

（1）主 要 材 料 ：型 鋼HN400X200、槽 鋼[16b、C 型 檁C160×60×3、復合巖棉保溫板、鋼板、10.9 級M24 高強螺栓、鋼結構專用防銹涂料、C30混凝土、鋼筋、等。

（2）施工流程：基礎施工、剛架預制→主體剛架安裝→邊框（接點）處理→支撐、檁條固定→除銹防銹（防火）→墻面、屋面安裝→門窗安裝→封邊處理→主結構驗收→消防驗收。

（3）施工過程需注意事項：①基礎施工過程中需注意控制基礎頂面標高，預留出50mm 厚的二次灌漿層的空間；螺栓需預埋準確，螺栓絲扣需做保護以免被混凝土污損。②剛架制作需嚴格按照設計圖紙加工制作，吊裝需準確到位，不允許有傾斜、偏差。③鋼結構在制作前,表面應徹底除銹,除銹等級為ST2.5 級。④構件除銹完成后刷兩道防銹漆,連接接頭的接觸面及現場焊縫兩側50mm 范圍內安裝前不刷漆,待安裝后補漆。鋼結構廠房平米用鋼量參考如表1。

表1 結構廠房設計用鋼量（僅供參考）

3.2 防火性能在工業廠房中的設計應用

結合上述案例研究，在工業廠房設計中防火功能是必要進行的一項設計。對于鋼結構而言，相比于混凝土結構其容易受到溫度變化的影響從而導致其防火性能不強，所以應用鋼結構建筑工業廠房時應強化其防火隔熱設計。在具體設計過程中，設計人員應對廠房內部可能發生火災的類型進行劃分，然后根據各種類型的火災劃分等級，避免意外事故對廠房結構的穩定性產生影響，為了保證鋼結構的耐火性能夠得到有效提升，可以在其表面涂刷相應的防火材料，從而使用外部因素控制內部結構的穩定性。同時對于設計人員而言，其應當對于火災的預防控制操作進行合理優化，有效控制設計質量，例如可以設置逃離出口、應急通道等等，這樣在意外火災發生時可以及時疏散施工人員，減少事故發生概率。

3.3 防腐性能在工業廠房中的設計應用

鋼結構屬于金屬材料，可以被氧氣造成氧化現象。如果長時間使用，其結構就會受到空氣的影響，造成不同程度的氧化和腐蝕，當廠房內部濕度較大時，更加會加快其氧化的速度，鋼結構被氧化腐蝕后，其構件截面會逐漸變小，導致其會發生不同程度的生銹現象，使其受力位置集中在一點。基于此原因，設計人員在應用鋼結構設計工業廠房時應首先觀察廠房內部的環境情況，然后根據檢測數據制定科學的防腐方案，然后在鋼結構表面涂刷相應的防腐材料，同樣利用外部材料因素來提升結構的抗腐蝕性能，從而保護結構的穩定性。

3.4 抗震性能在工業廠房中的設計應用

一個廠房的建設，抗震設計是首要考慮的問題，因為廠房一般都會建設在比較寬廣的區域，而且利用鋼結構建設的工業廠房一般在地震區域應用較多，所以在建設廠房時一定要做好防震工作，保證廠房結構的安全性。首先在設計過程中要對鋼結構體型進行科學布局，提升結構的傳力性能；其次鋼結構的廠房屋架與鋼柱、屋面板之間應連接牢固，對于節點處進行合理處理，避免結構節點連接出現問題；最后對柱體和墻體的寬高比例進行科學調控，運用最佳的減震方式，提升工業廠房的抗震性。

4 結束語

綜上所述，隨著我國工業化水平的不斷發展進步，工業化廠房的建設范圍也在逐漸增加，因此對于廠房的設計理念應結合鋼結構的各種優勢進行合理化加強，全面提升廠房的穩定性和安全性，確保工業廠房的結構設計質量。