淺談鋼結(jié)構(gòu)廠房設計現(xiàn)狀及優(yōu)化對策

摘要：在現(xiàn)階段，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)作為建筑行業(yè)中的一項新型綠色環(huán)保技術(shù)，其應用前景廣闊，同時已經(jīng)逐漸滲透到了大型工業(yè)廠房以及高層公共建筑等領域。從總體上來看，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房構(gòu)件截面小、建筑空間利用率高、美觀大方、自重較輕、建筑總造價低廉、抗震性能優(yōu)越。本文主要就是針對鋼結(jié)構(gòu)廠房設計現(xiàn)狀及優(yōu)化對策來進行分析。

關鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)廠房；設計；優(yōu)化對策

引言

隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在建筑領域起到了舉足輕重的作用，扮演著越來越重要的角色，無論在工業(yè)還是民用建筑中，鋼結(jié)構(gòu)以其突出的特點迅速地占領著越來越廣的市場。其特點有：其整體剛度和抗震性能好、施工速度快、自重輕、承載力高，在大跨度及超高層建筑中代替了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但也存在著防火性能差、易腐蝕等缺點，在設計中根據(jù)其特點揚長避短才能更好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的作用，現(xiàn)在就鋼結(jié)構(gòu)廠房設計的現(xiàn)狀與優(yōu)化對策來進行分析。

1、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的概述

1.1、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)越性

目前，在我國工程廠房設計施工的過程中，人們主要是將鋼結(jié)構(gòu)材料作為其主要的施工材料，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)在工業(yè)廠房現(xiàn)場施工的過程中，由于鋼結(jié)構(gòu)材料可以進行工業(yè)化的批量生產(chǎn)，而且采用的機械設備在施工的過程中可以進行現(xiàn)場拼裝。因此這就大幅度的縮短了工程施工的工期，降低了總工程投資成本。

(2)將鋼結(jié)構(gòu)材料和混凝土結(jié)構(gòu)材料相比，鋼結(jié)構(gòu)材料有著質(zhì)量輕，強度高等方面的特點，因此在實際應用的過程中，不僅可以大幅度的降低建筑結(jié)構(gòu)在使用中所產(chǎn)生的荷載，還有效的提高了廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。而且在采取可靠的防腐蝕措施后鋼結(jié)構(gòu)在使用時也有著較強的耐腐蝕性能，這也使得工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)在使用時不會受到外界環(huán)境因素的影響，使其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性出現(xiàn)問題。

(3)鋼結(jié)構(gòu)材料在使用的過程中強度比較高，投資成本也比較低，而且還可以多次的回收利用，這就使得鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房有著良好的環(huán)保節(jié)能功能，為我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展打下了扎實的基礎。

1.2、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設計原則

設計鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房時應從工程實際情況出發(fā)，合理選擇材料、結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)造措施，滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件在運輸、安裝和使用過程中的強度、穩(wěn)定性和剛度的要求,符合防火、防腐蝕的要求，并宜優(yōu)先采用通用和標準化的構(gòu)件，減少制作、安裝工作量。鋼結(jié)構(gòu)設計文件中，應注明建筑結(jié)構(gòu)的設計使用年限、采用的鋼材牌號、連接材料的型號(或鋼號)。

2、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設計的主要特點

鋼結(jié)構(gòu)廠房在世界各地均得到普遍使用,尤其是在發(fā)達國家應用更為廣泛。鋼結(jié)構(gòu)廠房通常適用于倉儲庫房、工業(yè)廠房、會館展廳、凈化車間以及超市，其設計的主要特點有以下幾個方面：①具有較大的空間和跨度，且建筑質(zhì)量輕，強度極高；②設計一般選用最先進方法，可充分滿足鋼材對抗沖擊性、變形能力、抗震性以及剛性等多方面要求；③鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠反復利用，且搬動遷移十分便利，避免了大量鋼材的浪費，保護環(huán)境不受到污染；④鋼結(jié)構(gòu)獨特且輕巧，實際占用面積小，應用面積廣，增加了建筑物內(nèi)的使用空間；⑤組成零件標準，制作精良，安裝方便快速，有效縮短了施工工期，減少投資成本；⑥在采取可靠的防火和防腐蝕措施后具有較高的防火性和較強的防腐蝕性。

3、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計現(xiàn)狀及優(yōu)化對策

在鋼結(jié)構(gòu)廠房穩(wěn)定性研究過程中，最為關鍵的內(nèi)容是軸力與彎矩耦合效應，進而是整體穩(wěn)定整體與局部穩(wěn)定之間的相互關系。目前，鋼結(jié)構(gòu)廠房設計中的安全系數(shù)不能反映整體與局部之間的關聯(lián)性。結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定，結(jié)構(gòu)響應差異顯著，隨機參數(shù)結(jié)構(gòu)極值處于失穩(wěn)狀態(tài)。因此，要不斷優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)廠房設計，提高其使用性能以及安全性能。

3.1、優(yōu)化鋼材的保溫隔熱與防火

鋼材具有很高的導熱性能，其導熱系數(shù)為

w(m.℃)，當受熱達到

℃以上時，其抗拉強度就會降低，塑性增大；溫度達到

250

℃時，鋼材抗拉強度會稍提高，但塑性卻降低，出現(xiàn)藍脆現(xiàn)象；溫度達到

500

℃時，鋼材強度降至很低，會致使鋼結(jié)構(gòu)塌落。所以當鋼結(jié)構(gòu)所處環(huán)境溫度達到

150

℃以上時，就必須做隔熱防火設計。其做法一般為：鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)包耐火磚、混凝土或硬質(zhì)防火板材?；蛘咪摻Y(jié)構(gòu)刷厚涂型防火涂料，厚度按《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料技術(shù)規(guī)程》計算。

3.2、優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房立面設計

輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑主要有把握以下

個方面的特征：規(guī)模、線條、色彩、變化。

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的立面主要由工藝布置來決定，在滿足工藝的要求下力求立面簡潔恢宏同時使節(jié)點盡量簡單統(tǒng)一。彩色壓型鋼板使得輕鋼廠房的建筑表現(xiàn)得體形輕盈色彩豐富，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的沉重單一。在輕鋼廠房的設計中常采用跳躍性色彩和冷色調(diào)，重點突出主要出入口、外天溝、收邊泛水等地方，既體現(xiàn)了現(xiàn)代化廠房的恢宏氣勢，又豐富了立面效果。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，外墻維護為磚砌體，外裝修為涂料或面磚，輔以色帶，由于混凝土屋面設置采光窗效果不理想，設計時通常在墻面設置大量的采光窗。但對于維護墻為彩色壓型鋼板的鋼結(jié)構(gòu)廠房來說則不然。線條是表現(xiàn)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑風格最獨特的特征，均勻的線條或橫或豎，使得輕鋼結(jié)構(gòu)建筑富有流暢的金屬質(zhì)感，體現(xiàn)了強烈的現(xiàn)代工業(yè)氣息。

3.3、優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房支撐系統(tǒng)

在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房柱間支撐系統(tǒng)和屋蓋支撐系統(tǒng)布置過程中，要按照廠房的實際振動設備、噸位、跨度、結(jié)構(gòu)形式、柱網(wǎng)設置以及高度與吊車設置等狀況來決定。一般而言，不考慮屋蓋結(jié)構(gòu)的檁條，主要設定在垂直支撐上。在無檁系統(tǒng)中，屋面板要和屋架進行焊接，從而達到上弦支撐目的。但在實際設計過程中，由于施工條件的束縛?？紤]到安裝要求，要將上弦橫向支撐系統(tǒng)設置在屋架上弦位置以及天窗架上弦部位。同時，當廠房屋架間距處在12m以上時，或者設置有特重級的振動設備與橋式吊車時，要設定縱向的水平支撐系統(tǒng)。

3.4、優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房屋面設計

在鋼結(jié)構(gòu)廠房的屋面設計中，主要內(nèi)容是防水。屋面防水設計主要考慮三個方面的因素：一是屋面坡度；二是天溝形式；三是單坡屋面長度。執(zhí)行相關的屋面工程技術(shù)標準，在實際工程中，諸多廠房屋面坡度處在(2％~3％)之間，符合實際要求。考慮到材料性能、節(jié)點處理與技術(shù)等因素，要將坡度設置為5%。在積雪地區(qū)，坡度要增大，而鋼結(jié)構(gòu)廠房的單坡屋面長度設計要注意所在區(qū)域的溫差與降雨變化。根據(jù)相關工程設計資料顯示，單坡屋面長度要把控在70m以下，才能保證廠房的使用性能。當超過這個標準值時，要進行特殊處理。當前應用較為普遍的鋼結(jié)構(gòu)屋面設計方案主要有兩種：第一，采用雙層彩色壓型鋼板，其保溫棉有助于防水，但溫變化較大，難以解決熱脹冷縮問題；第二，采用由保溫層、隔汽層、卷材防水層等組合而成的復合柔性鋼屋面系統(tǒng)，外鋪柔性卷材，有助于改善熱脹冷縮狀況。

3.5、防銹處理

鋼結(jié)構(gòu)表面直接暴露在大氣中就會銹蝕，當鋼結(jié)構(gòu)廠房空氣中有侵蝕性介質(zhì)或鋼結(jié)構(gòu)處在潮濕環(huán)境中時，鋼結(jié)構(gòu)廠房銹蝕就會更加明顯和嚴重。鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕不僅會使構(gòu)件截面減小，還會使鋼構(gòu)件表層局部產(chǎn)生銹坑，當構(gòu)件受力時將引起應力集中現(xiàn)象，使結(jié)構(gòu)過早破壞。因此，對鋼結(jié)構(gòu)廠房構(gòu)件的防銹蝕問題應予以足夠的重視，并應根據(jù)廠房侵蝕介質(zhì)情況和環(huán)境條件在總圖布置、工藝布置、材料選擇等方面采取相應對策和措施，以確保廠房結(jié)構(gòu)的安全。一般鋼結(jié)構(gòu)的防腐常采用防銹底漆和面漆，涂裝層數(shù)及厚度常根據(jù)其使用環(huán)境和涂層性質(zhì)來決定。一般室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)在自然大氣介質(zhì)作用下，要求涂層厚度

μm，即底漆兩道，面漆兩道。

4、結(jié)束語

由此可見，在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計的過程中，我們不僅要對鋼結(jié)構(gòu)廠房強度、穩(wěn)定、抗震性能、耐久性等方面性能進行嚴格的要求，還要著重重視采取可靠的防火和防腐蝕措施，從而有效的提高工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻

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