鋼結構廠房設計總結和問題探討

苗宏恩

（南京長江都市建筑設計股份有限公司 江蘇南京 210006）

1 鋼結構廠房設計要點總結

1.1 鋼梁設計要點

工業廠房一般跨度較大，可優先選用變截面H型鋼梁，根據工程經驗，變截面梁腹板高度變化一般取50mm/m，盡量不要超過60mm/m，否則需在不考慮截面抗剪屈服后強度的情況下計算截面高厚比，反而不能充分利用鋼材。根據公路運輸要求，鋼梁一般每段不超過12m，分段拼接時，第一段建議為6～7m、第二段為12m，第三段自由調整，或者按彎矩要求進行分梁拼接。

常用的翼緣板校正機，校正最小寬度200mm，鋼梁翼緣一般最小值取200mm，輕鋼廠房梁和柱腹板優選采用6mm，帶吊車廠房一般根據計算確定板厚。鋼梁斷面一般取跨度的1/12-1/25，梁高度H不要小于350mm，屋脊節點處斷面梁斷面取跨度1/25，門式剛架斜梁與柱相交的節點域需驗算剪應力，因此在設計中應盡量做大截面，這樣節點域面積更大，驗算更容易通過。

1.2 鋼柱設計要點

根據工程經驗，常規廠房柱距若超過9m，屋面檁條和墻面體系用鋼量會加大很多，對于普通的輕鋼結構廠房，6m的柱距是相對節省的方案，因為此時采用普通的C/Z型檁條就可以解決問題，否則采用高頻焊檁條，用鋼量會大幅提高。

對于土質較差，地基承載力低且荷載較大的廠房，大部分工程都需要進行樁基施工，而打樁的費用在工程總價中所占的比重也是相當大的，在某種程度上，減少了柱基礎也就直接減少了造價。此時可考慮采用大柱距方案。

鋼柱平面外計算長度可通過設置通長系桿控制，對于輕鋼廠房也可以設置墻檁隅撐，但效果不好。如果應力比超限不多，可采用如下方法解決：采用高強鋼（如Q390鋼材），在國內大型工程中已應用很多；采用鋼梁－混凝土板組合梁結構；翼緣貼鋼板也是可行的，只是不太經濟；還可以考慮活荷載折減，考慮塑性發展系數等方式處理。

1.3 柱間支撐

第一開間建議設支撐，這樣傳遞縱向力更直接，若第一開間要開門就設第二開間，第一開間設系桿。無吊車時一般柱間支撐間距為30～45m。

柱間支撐和屋面支撐都是交叉支撐時，二者一樣，實際工作時一般是一個受壓一個受拉，但建模計算時，可以認為桿件受拉，受壓的退出工作，即認為柱間支撐和屋面支撐的桿件都按拉桿考慮。所以一般采用圓鋼，但為保證安全，一般長細比取200。

柱間支撐一般只要平面內拉和壓的長細比滿足要求就可以了，平面外不用考慮。在多高層鋼結構中的支撐由于抗震的要求，一般都是按照壓桿設計的。柔性支撐只傳遞拉力，剛性支撐不僅僅傳遞拉力，也能傳遞壓力，最明顯的是長細比要求不同；張緊的圓鋼作為柔性支撐時，其長細比可以受限，當其長細比滿足受壓構件的長細比時，是可以傳遞壓力的。

1.4 屋面支撐

屋面支撐應擱在鋼柱正上方的鋼梁處，不要擱在鋼梁上，否則傳力不直接，鋼梁截面增大很多。

張緊的圓鋼可以作為屋面支撐，當受拉時，不考慮長細比限制，但當圓鋼長度過長時（超過9m），下垂度很大，施工效果不是很好，此時采用角鋼屋面支撐，需長細比控制，肢寬一般在100mm以上。圓鋼和角鋼與構件的夾角應在30°～60°范圍之內，45°更好，但是前提是要保證受力，不要下垂。

屋面支撐一般是按照拉桿設計的，因為當另一個方向的支撐受壓有可能失穩時，受拉支撐和系桿一樣可以組成一個幾何不變體系，不影響整體穩定性。一個支撐受拉時，另一個支撐受壓，兩個支撐都按受壓桿設計是可以保證安全和穩定的。

2 工業廠房鋼結構設計存在的問題和解決策略

2.1 防腐設計不符合相關標準

就目前來看，我國很多大空間工業廠房的鋼結構因為防腐意識缺乏，后期維護不當，鋼結構腐蝕嚴重，廠房安全性存在一定隱患。

常規鋼結構防腐蝕設計可采用下列方案之一或其中幾種的組合：防腐蝕涂料；各種工藝形成的鋅、鋁等金屬保護層；陰極保護措施；耐候鋼。

綜合考慮環境中介質的腐蝕性、環境條件、施工和維修條件等因素，鋼結構廠房防腐蝕設計方案一般為涂刷防腐蝕涂料。

鋼結構防腐蝕采用的涂料、鋼材表面的除銹等級以及防腐蝕對鋼結構的構造要求等，需符合《工業建筑防腐蝕設計規范》和《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的規定，防腐蝕涂料要求具備良好的附著力，對焊接影響小，且需通過國內權威機構關于底漆干膜鋅含量以及耐老化測試的第三方檢測報告。針對不同環境要求的防腐涂料涂裝方案需經設計認可以后方可施工。

鋼結構在涂裝前，必須將構件表面的毛刺、鐵銹、氧化皮、油污及附著物徹底清除干凈，采用噴砂、拋丸等方法徹底除銹，經除銹后的鋼材表面在檢查合格后，應在要求的時限內進行涂裝。

2.2 防火設計不滿足要求

鋼材料在高溫的作用下會降低鋼結構的抗拉強度，最終使鋼結構廠房出現變形的情況，如果溫度高于500℃，就會大大提升鋼結構廠房坍塌的可能性，另外，因為有的工業廠房中需要保持較高的溫度，這種情況就會提高鋼結構發生坍塌的問題。我國目前很多廠房對于耐火時間和防火維護方面考慮不足，導致防火問題存在隱患。

一般鋼結構防火設計包括：建筑耐火等級；構件設計耐火極限；構件防火設計；防火材料的性能要求；防火材料的構造要求。鋼結構的防火保護可采用下列措施之一或其中幾種的復（組）合：噴涂（抹涂）防火涂料；包覆防火板；包覆柔性氈狀隔熱材料；外包混凝土、金屬網抹砂漿或砌體。工業廠房一般采用噴涂（抹涂）防火涂料進行防火處理，在工業廠房設計中明確防火要求，把廠房發生火災的危險性降到最低，使鋼結構滿足耐火極限的相關規定，同時專業的設計人員要采用合理的鋼結構防火方式，達到保護鋼結構的目的。

在鋼結構廠房使用過程中，對于防火涂料要定時檢查，確保及時修復，避免隱患。

2.3 吊車選型不當

合理的吊車配置可保證流程通暢、便于操作維修、使操作者安全，也能節能、節約投資。廠房吊車選型不合理，不滿足起吊重量、起吊頻率等工藝需求，同時層高、柱距、荷載也不能配合吊車選型做到合理配置，會造成較大的浪費。

吊車需按照工作的頻繁程度分級，在考慮吊車繁重程度時，區分了吊車的利用次數和荷載大小兩種因素，設計人按吊車荷載達到額定值的頻繁程度分4個載荷狀態（輕級、中級、重級、特重級），根據要求的利用等級和載荷狀態，確定吊車的工作級別，共分8個級別作為吊車設計的依據，設計人員需根據工藝需求合理選擇工作級別（輕級、中級、重級、特重級）和工作制等級A1～A8，同時要配合管道走向和尺寸，不影響操作和吊車行走的前提下合理確定吊車高度。

3 結論

近年來，在我國科學技術不斷提升，許多環保型材料應運而生，在鋼結構工業廠房設計過程中需要遵循“與時俱進”原則，在工業廠房建設過程中可以融入更多的環保型材料，充分的發揮其自身具有的可靠性、安全性等特征，從而使廠房可以在工業生產建設過程中作出更大的貢獻。