鋼結構工業廠房設計及施工問題的探討

郭 春

（山西省機電設計研究院有限公司，山西 太原 030009）

就建筑行業目前發展趨勢而言，鋼結構工業廠房的設計和施工技術日趨成熟，各方面的優勢逐漸凸顯，鋼結構在實際建設過程中的應用越來越廣泛。

1 鋼結構工業廠房所必備的優點

鋼結構工業廠房與傳統的工業廠房相比具有許多突出的優勢。在施工過程中，由于鋼結構構件通過連接方式在現場進行安裝，主要構件在車間制造，而傳統材料的廠房需要較長的建造時間，因此鋼結構建造方式大大節省了施工時間。同時，鋼結構工業廠房具有重量優勢，僅占傳統混凝土結構廠房重量的70%，可以有效地降低廠房對地基的壓力，在一些地質復雜地區，鋼結構還具有良好的抗震性能，可以提高廠房的安全系數［1］。此外，鋼結構廠房的構件在制造過程中污染少，安裝工藝基本上實現了零污染，鋼結構構件在使用壽命內可以重復使用，這一優點充分體現了建筑行業綠色環保理念，為建筑行業的可持續發展做出了巨大貢獻。

2 鋼結構工業廠房設計過程中應遵守的規則

在鋼結構工業廠房設計過程中，隔熱系統、支撐系統、防火系統是非常重要的部分，對廠房的實際施工和后續使用有著直接的影響［2］。支撐系統是鋼結構主體骨架，只有科學的設計主體支撐結構，才能保證廠房的安全性、抗震性。在設計時應考慮整體結構的剛度、柱的承載力，以避免整體結構發生傾斜和變形問題。此外，還應根據廠房空間進行整體布局，以廠房高度、縱深等要素合理布置支撐體系，以確保廠房的穩定性，同時滿足橫向支撐體系相協調要求。由于鋼結構比傳統的建筑材料具有更好的熱導率，因此隔熱系統應該引起足夠的重視，根據工業廠房的實際功能，科學應用保溫隔熱材料，并做好防火措施，以提高鋼結構廠房的安全系數。

3 鋼結構工業廠房設計中應注意的問題

3.1 根據保溫隔熱與防火要求進行設計

鋼結構由于鋼材優良的熱導率，對溫度非常敏感。因此，在設計過程中應注意鋼結構工業廠房的隔熱處理，如果所設計的隔熱措施缺乏科學性，不僅無法保證廠房內部的實際溫度，而且會造成后期使用過程中大量的經濟負擔［3］。此外，由于一些工業生產加工需要在高溫條件下進行，所以有必要對鋼結構保溫系統采取防火措施。一般來說，主要采取兩種措施來進行防火處理。一種是在鋼結構表面涂上一層防火材料，另一種是直接使用良好的耐火材料。

3.2 立面設計需要注意的問題

對于采用輕鋼結構的工業廠房，其在尺寸、顏色、變化和線條方面具有明顯的特點。彩色壓型鋼板雖然可以突出輕鋼結構的豐富色彩，但立面設計會對施工工藝、造型產生制約作用，在追求立面色彩的同時也會相應的增加工程造價［4］。為了避免這些問題，在設計鋼結構立面時，建議設計人員盡量選應冷色調，這不僅可以提高工業廠房的感官性，同時也使整體結構更具立體性。

3.3 抗震性能設計需要注意的問題

在工業鋼結構廠房的抗震設計中，主要有三點注意事項：一是結構的剛度必須均勻分配，否則會降低抗震性能；二是科學設計支撐結構的承載力，避免發生傾斜、變形問題；三是在考慮地震對鋼結構影響的基礎上，使結構始終處于塑性工作狀態［4］。

3.4 溫度伸縮縫設計需要注意的問題

由于鋼結構建筑材料的獨特性，其溫度變化比其他類型的建筑材料更為敏感，在溫度變化的影響下，鋼結構極易發生變形問題，而材料和溫差等因素會對變形程度產生直接的影響。一般來說，鋼結構工業廠房有較大的平面尺寸，則應將溫度伸縮縫設計在縱向或橫向位置處，通常會采用雙柱的設計，如為橫向溫度伸縮節，框架梁和檀條連接時建議采用滑動槽鋼夾板方法；如為縱向溫度伸縮節，建議在屋架支撐部位設計滾動支撐結構。

3.5 屋蓋支撐系統及屋面設計需要注意的問題

鋼結構工業廠房屋頂支撐體系的布置，應綜合考慮廠房高度、跨度、柱網布置、吊車噸位、設備條件、屋頂結構形式等因素［5］。一般而言，屋蓋結構必須設計垂直支撐結構，同時屋架上弦桿也應設計相應的上弦支撐結構，如果工業廠房屋架間距大于12m，或是廠房內部需要使用大型振動設備，則應設計縱向水平支撐結構。在屋面設計中，經常采用以下兩種方法：一是由保溫層、防水層、隔汽層和屋面彩鋼板內板組成的復合柔性鋼屋面系統，此結構受溫度因素影響小，但工程造價較高；二是采用雙層彩鋼板加保溫棉，此形式較為普遍，但受溫度因素的影響較大，容易出現膨脹收縮現象。

4 鋼結構工業廠房施工中應注意的問題

4.1 箱型柱制作組裝應注意的問題

1）為了保證鋼結構箱體的平整度，必須采用多頭自動切割機對箱體的四塊主板進行切割，采用滾剪倒角機對機械坡口進行加工，并利用矯正機對板進行矯直。2）在放樣刨銑加工中，工件應留有5mm的位置進行加工余量，應按規定的方向取用號料，盡可能節省材料，這不僅便于進行零件切削，而且能夠最大限度的滿足零件安裝要求［6］。3）加強板和工藝隔板裝配在箱體主板的裝配平臺上，工藝隔板之間的距離控制在1000mm至1500mm范圍內，一般將主板、加強板、工藝隔板用二氧化碳保護電弧焊或手工電弧焊焊接在一起，從而實現U型裝配。4）二氧化碳氣體保護焊采用保護焊打底和埋弧自動焊填充方式進行，并確保立柱材料和坡口形式應與焊件相同。焊接完成后，用氣割方法切割引弧和引出板。

4.2 鋼結構選材應注意的問題

鋼結構雖然具有熱導率高的特點，但也有許多優勢。鋼結構選材應保證材料認證文件完整有效，同時也要符合設計要求和材料質量檢驗規范。用優質碳素鋼和低合金鋼制作連接套時，材料的抗拉承載能力標準值要比受拉承載標準值大1.2倍，直徑應為鋼筋直徑的兩倍［7］。

4.3 制作安裝框架梁應注意的問題

框架梁的上下翼緣鋼柱應為貫通式，內部必須設置橫向加勁肋。鋼柱、框架梁一般采用剛性連接，高層框架梁采用H型鋼梁。在工廠生產中，通常將懸臂梁放置在框架梁的位置，然后將懸臂梁上下翼緣和鋼柱焊接成一個橫截面，腹板焊接成貼角焊縫，這是為了保證鋼柱和框架梁節點區域具有良好的延性。鋼柱懸臂梁的上下翼緣應采用襯板和框架梁全熔透焊縫，腹板用高強螺栓連接。在此過程中應注意的是，設計長度不等于框架梁下料的長度，而應根據焊接收縮變形問題考慮下料長度，然后采用實驗式計算校核，以確定準確長度。目前，我國普遍采用多軸數控鉆削和模板鉆孔方式，與模板鉆孔相比，多軸數控鉆孔的孔位精度不如模板鉆孔。因此，一般以模板鉆孔為主。在模板鉆孔過程中時，必須保證現場安裝孔和高強度螺栓孔的裝配精度要求，一旦鉆孔位置出現局部偏差問題，應采用鉸刀擴孔的方式，嚴禁使用氣割擴眼。

4.4 梁及連接板安裝應注意的問題

首先，在構件上標出孔的直徑和中心，并在孔周圍90度位置打四個孔，然后檢查孔的大小。其次，用噴砂處理高強度螺栓摩擦面的表面粗糙度。用電動砂輪磨削鋼板表面時，應注意表面不要有明顯的凹坑，磨削范圍應控制在螺栓直徑的4倍以上，磨削的方向應與受力方向一致。最后，用鋼板切割機加工為型鋼，并清理磨渣，實施安裝作業。

4.5 地腳螺栓埋設應注意的問題

在鋼結構工業廠房施工過程中，應確定地腳螺栓的精度，并根據地腳螺栓的埋設數據嚴格進行安裝作業。相關數據表明，腳螺栓埋設的軸線位移應為-2.0mm，標高應為-5.0mm。安裝地腳螺栓后，應將標高記錄在鋼管架上，以為后續施工提供參考［8］。為了提高腳螺栓安裝的精度，必須保證軸線位置與樁基表面完全接合。

4.6 鋼柱吊裝施工應注意的問題

在鋼柱吊裝施工中，要求起重機的性能能夠沿鋼跨中部或側部運行。當提升半徑為L/2時，可選擇中間跨度吊裝，用起重機緩慢提升兩根柱子。吊裝完畢后，在機器停車處安裝四根立柱固定支撐體統。當吊裝半徑小于L/2時，可選擇側部跨度吊裝，每次吊裝完畢可安裝一根立柱，直至四根立柱完全安裝完畢。另外，在安裝過程中，柱與柱之間要進行適當的支撐，以保證吊裝的穩定性，并對鋼柱軸線進行適當調整，保證軸線位置符合標準要求。在全部安裝完畢后，使用專用角尺進行檢查，當位置不符合標準軸線要求時及時重新定位，以確保誤差在-3毫米以內。

5 結語

綜上所述，鋼結構由于具有空間大、跨度大、施工周期短等優點，越來越多地應用于工業廠房和大跨度廠房中。在施工過程中，設計人員、施工人員要注重設計和施工中重點問題，實現對鋼結構質量的整體控制，確保鋼結構工業廠房的安全性，滿足后期使用需求。