隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，科技的迅速提高，建筑業(yè)有了極大的改進，廠房設計也逐步從落后的混凝土結構中走了出來，鋼結構廠房相對于傳統(tǒng)廠房結構形式具有明顯的優(yōu)越性，于是得到了廣泛的運用。因此，對于鋼結構廠房的設計自然至關重要。我們因給予高度的重視。鑒于此，本文對鋼結構廠房結構設計的要點進行了論述。
隨著經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，人們對建筑建設的要求也在不斷提高，不僅要滿足施工速度，還要求具有很好的環(huán)保性、靈活性和抗震性等。同時隨著各種工藝技術也在不斷進步。
鋼結構廠房在這方面就很好的凸顯了其優(yōu)越性，不斷獲得普遍的推廣和使用。
一、鋼結構廠房設計的特點
鋼結構廠房是指采用鋼板和熱扎、冷彎或焊接型材，通過連接件連接而成的能承受和傳遞荷載的國際流行的門式剛架輕鋼結構體系形式。
門式剛架鋼結構廠房在國內技術成熟，受到用戶普遍接受和認可，成為目前國內發(fā)展速度最快的一種鋼結構形式。門式剛架鋼結構廠房可以做成大跨度，大空間，便于內部靈活布置和使用。（鋼結構廠房采用門式剛架體系其單跨度甚至可達到80米。多跨可達到180米甚至跨度更大）鋼結構廠房主要是用在不承受大載荷的承重建筑。采用輕型H型鋼（焊接或軋制；變截面或等截面）做成門形剛架支承，C型、Z型冷彎薄壁型鋼作檁條和墻梁，壓型鋼板或輕質夾芯板作屋面、墻面圍護結構，采用高強螺栓、普通螺栓及自攻螺絲等連接件和密封材料組裝起來的門式剛架鋼結構體系。
鋼結構廠房在全球范圍內，特別是在發(fā)達國家和地區(qū)鋼結構建筑工程領域中得到更合理、廣泛的應用。鋼結構廠房可廣泛應用于工業(yè)廠房，凈化車間，倉儲庫房，超市，會館展廳。
鋼結構廠房設計特點：鋼結構廠房自重輕，強度大，跨度大，空間大。設計先進，采用最先進的設計方法，充分發(fā)揮鋼材抗震性好、抗沖擊性好、剛性好、變形能力強的特點。而且還可以重復再利用，可以節(jié)約大量鋼材。結構新穎、簡潔、輕巧，占用面積小，使用面積大，有效擴大了建筑物的內部空間，彩鋼夾芯復合板，金屬壓型板等新型墻體屋面材料圍護，更顯示出建筑的時代感。安裝快捷，構件標準，制作精良，施工安裝簡便、快捷、安全。
二、鋼結構廠房的主要構成部分:
1、地基基礎
地基的強度問題主要包括:地基承載力不足或地基喪失穩(wěn)定性,斜坡喪失穩(wěn)定性。地基變形問題主要是指軟土、濕陷性黃土、膨脹土、季節(jié)性凍土等地區(qū)過大的變形和不均勻沉降。地基的破壞通常有三種形式:整體剪切破壞、沖切剪切破壞和局部剪切破壞。
2、柱系統(tǒng)
按照最不利荷載組合設計的柱子,由于荷載同時出現(xiàn)的概率很低,在正常工作條件下,實際應力低于設計應力很多,柱的安全儲備相當大,出現(xiàn)破壞的可能性很小,發(fā)生柱整體承載能力不足的而導致破壞的情況很少。工業(yè)廠房的柱子常發(fā)生如下破壞(柱肢變形、柱肢體有切口、格構式柱子腹桿彎曲和扭曲變形、柱頭與吊車梁支撐牛腿處焊縫開裂、柱子垂直傾斜,圍護結構連接節(jié)點損壞,吊車軌道偏位),將會影響生產。
3、鋼屋蓋系統(tǒng)
首先鋼屋蓋承重構件是由壁薄、細長的桿件組成,截面形狀復雜,節(jié)點應力集中又有偏心；其次設計屋蓋系統(tǒng)時計算荷載、計算簡圖較正確,且接近計算極限狀態(tài),結構構件的承載力安全儲備最小,對超載、溫度和腐蝕作用十分敏感,容易因為偶然因素而失效,再加上制造、安裝和使用過程中出現(xiàn)的各種影響,鋼結構屋蓋成為鋼結構廠房破壞中最嚴重的部分。鋼屋蓋發(fā)生破壞包括屋蓋倒塌、桁架桿件斷裂(包括與節(jié)點板連接斷開)、屋蓋撓曲超標準、桿件彎曲、節(jié)點板彎曲或開裂、屋蓋支撐屈曲等類型。
4、 吊車梁系統(tǒng)
吊車梁系統(tǒng)是鋼結構工業(yè)廠房的重要組成部分,包括吊車梁、制動結構、吊車軌道和連接。吊車梁受力復雜,且吊車的垂直力和側向力具有動力特征、沖擊和疲勞作用,比起屋蓋系統(tǒng)吊車梁的計算簡圖、計算方法與實際情況差異更大、不定性更多,結構的耐久性和可靠性最低。
三、鋼結構廠房結構設計的要點
1、鋼結構廠房設計采用的結構體系
鋼結構廠房因為工藝布置的要求，一般都需要大空間，結構通常采用框架結構，在層數(shù)較多、工藝條件許可的情況下也可以采用框剪結構。結構布置的原則是：盡量使柱網(wǎng)對稱均勻布置，使房屋的剛度中心與質量中心相近，以減小房屋的空間扭轉作用，結構體系要求簡捷、規(guī)則、傳力明確。避免出現(xiàn)應力集中和變形突變的凹角和收縮，以及豎向變化過多的外挑和內收，力求沿豎向的剛度不突變或少突變。由于多層廠房跨度方向尺寸較大，柱子少；而柱距方向尺寸較小，柱子多。一般都是橫向控制，使縱橫向的抗震能力大致相同，不僅有利于抗震，也使設計更為經(jīng)濟合理。
2、鋼結構廠房設計的選址
廠房設計選址很關鍵，因盡量避免地震區(qū)，地震區(qū)房屋的伸縮縫是合一的，當房屋較長時，宜采取下列一些構造措施和施工措施以少設伸縮縫及防震縫；施工中，每隔40m設置一道800mm一個1400mm寬的后澆帶，后澆帶的位置設在結構受力影響最小的區(qū)段；在溫度影響較大的頂層、底層、山墻和內縱墻端開間的墻體等部位，適當提高配筋率；加厚屋面隔熱保溫層或設置架空層形成通風屋面。
3、鋼結構廠房的的防火設計
鋼結構工業(yè)廠房防火能力很差，當鋼材受熱在100℃以上時，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強度降低，塑性增大；溫度在250℃左右時，鋼材抗拉強度略有提高，而塑性卻降低，出現(xiàn)藍脆現(xiàn)象；當溫度超過250℃時鋼材出現(xiàn)徐變現(xiàn)象；當溫度達500℃時，鋼材強度降至很低，以致鋼結構塌落。因此，鋼結構必須做隔熱及防火設計。
（1）正確定義建筑物生產的火災危險性類別，合理確定建筑的耐火等級依據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》，對廠房生產火災危險性分為甲、乙、丙、丁、戊五類，如果確定工程為二級耐火等級，就應該嚴格按照二級耐火等級加涂防火涂料進行防護，使鋼構件達到二級防火等級的耐火極限要求。
（2）設計時要選用恰當?shù)匿摻Y構防火保護方法對鋼結構采取有效的保護，就是將鋼結構的耐火極限提高到規(guī)范規(guī)定的值，防止鋼構件遇火發(fā)生變形塌落。目前，保護鋼結構廠房最常用的方法是在其表面涂覆鋼結構防火涂料，發(fā)生火災時它作為耐火隔熱保護層，有效地提高鋼構件的耐火極限，滿足現(xiàn)行國家規(guī)范的要求。在使用防火涂料時，應當注意防火涂料和底層防腐涂料的相互匹配，不得與底層防腐涂料發(fā)生化學反應，以免影響防腐防火效果。我們在設計時，要根據(jù)不同建筑對構件耐火極限的要求，通過科學比較，選出最恰當?shù)姆阑鸨Ｗo方法，達到經(jīng)濟和安全要求。
（3）鋼結構建筑設計時要合理劃分建筑物的防火分區(qū)，對每個防火分區(qū)的面積進行嚴格的控制。同時要控制每個分區(qū)的疏散口數(shù)量及疏散距離，安全出口是指符合防火規(guī)范規(guī)定的疏散樓梯、直通室外地平面或安全區(qū)域的門。由于鋼結構建筑自身存在的弱點，我們在設計時要充分考慮人員疏散的因素，將人員密度指標和鋼結構建筑的特點綜合起來考慮，加強對安全疏散路線、疏散距離、疏散寬度的設計要求，科學設置疏散指示標志，使人員能快速疏散到安全地帶，從而大大減少人員傷亡和人民財產損失。
4、鋼結構廠房的防腐設計
鋼結構表面直接暴露在大氣中就會銹蝕，當鋼結構廠房空氣中有侵蝕性介質或鋼結構處在潮濕環(huán)境中時，鋼結構廠房銹蝕就會更加明顯和嚴重。鋼結構的銹蝕不僅會使構件截面減小，還會使鋼構件表層局部產生銹坑，當構件受力時將引起應力集中現(xiàn)象，使結構過早破壞。因此，對鋼結構廠房構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，以確保廠房結構的安全。為了防止金屬表面銹蝕，常采用防銹防腐涂料對其進行涂裝保護，保護層透氣是造成金屬表面失去陰極保護而加快銹蝕速率的誘因。因此，防腐涂層只有具備了致密、疏水性強、附著力好、電阻大或涂層足夠厚的條件時，才能有效地屏蔽水蒸氣、氧氣、氯離子等的侵蝕，起到物理防銹作用。一般室內鋼結構在自然大氣介質作用下，要求涂層厚度100μm，即底漆兩道，面漆兩道。露天鋼結構或在工業(yè)大氣介質作用下的鋼結構，要求漆膜總厚度為150μm～200μm。在酸環(huán)境中的鋼結構要求使用氯磺化防酸漆。鋼柱柱腳在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹，其保護層厚度不小于50mm。
5、鋼結構廠房設計電梯間的位置安排
多層廠房由于設備、貨物很重，豎向運輸?shù)男枰O置電梯。鋼筋混凝土電梯井筒剛度很大，應充分考慮電梯井筒對建筑物的偏心影響，在結構布置上盡量避免電梯井筒布置在建筑物的角部和端部。
在鋼結構廠房設計的過程中，我們應嚴格按照和采用相關的設計標準，同時隨著鋼結構設計技術的日趨成熟，設計師也要緊跟時代步伐，堅持與時俱進。只有這樣，才能設計出結構合理，經(jīng)濟環(huán)保的鋼結構廠房，滿足經(jīng)濟建設發(fā)展的要求。
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