本站小編為你精心準(zhǔn)備了工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀與對策參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:

介紹了鋼結(jié)構(gòu)的特性，分析了目前鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中存在的問題，從結(jié)構(gòu)布局、截面設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、支撐體系等方面，闡述了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改良措施，為鋼結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用提供了條件。

關(guān)鍵詞:

鋼結(jié)構(gòu)，工業(yè)廠房，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

在這個以鋼筋混凝土為主宰的時代，鋼結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)中的重要作用是無法替代的。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促使大批的工業(yè)廠房建立，這對鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用也提出了更高的要求。鋼結(jié)構(gòu)的承重能力強(qiáng)，這為工業(yè)廠房的安全性提供了保障;另外，鋼結(jié)構(gòu)的安裝機(jī)械化程度高，這在一定程度上加快了工業(yè)廠房的建設(shè)速度，縮短了施工期限，節(jié)省了大量成本。當(dāng)然，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)并不是完美無缺的，它也存在一些問題，這就需要我們的技術(shù)人員在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的過程中注意避免這些問題的發(fā)生，以便建設(shè)出安全高質(zhì)量的工業(yè)廠房。

1鋼結(jié)構(gòu)的特性

1．1鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

如今鋼結(jié)構(gòu)的零部件都是批量生產(chǎn)，鋼結(jié)構(gòu)的安裝機(jī)械化水平極高，事先設(shè)計(jì)好的鋼結(jié)構(gòu)模型能很快地拼接好，這大大減少了施工時間;鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，這方便了施工人員的運(yùn)輸和安裝;此外，它的承重能力和抗震能力極強(qiáng)，地震發(fā)生時它相對于混凝土更具可靠性，不會輕易倒塌;從經(jīng)濟(jì)因素考慮，鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，可塑性強(qiáng)，可循環(huán)利用，這大大降低了工業(yè)廠房的建設(shè)成本。同時鋼結(jié)構(gòu)廠房是廠房中比較普遍的一種，這種廠房具有很多的優(yōu)點(diǎn)，造型非常美觀、色彩較為鮮艷、建筑體型多樣化、工程造價較低、建設(shè)周期較短、機(jī)械化程度較高、安裝施工較為簡便、平面布局靈活易改造。并且鋼材本身材質(zhì)重量輕，材質(zhì)密度均勻，實(shí)際受力比與力學(xué)計(jì)算模型較近似，易于計(jì)算處理。

1．2鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)

1)廠房內(nèi)部一般都比較寬敞，高度都會高于普通住房，而鋼結(jié)構(gòu)跨度大的特點(diǎn)剛好滿足了這一方面的需求;另外其自身重量比較輕，體積適中，施工人員可隨意拼接出各種不同的造型，能建設(shè)出不同形狀的建筑，比如北京鳥巢，如今它已經(jīng)是我國的標(biāo)志性建筑。2)目前我國的重工業(yè)廠房大部分都是鋼結(jié)構(gòu)建成的，這主要是由廠房特殊的需要所決定的。廠房多用于機(jī)械制造設(shè)備的放置，加工器械組裝，這通常要求無障礙的寬廣空間，縱向的鋼鐵柱狀結(jié)構(gòu)往往可以保證相當(dāng)長的間距，這一點(diǎn)對于創(chuàng)建廠房空間是十分必要的。在合理的結(jié)構(gòu)規(guī)劃下，縱向柱狀鋼結(jié)構(gòu)間距可以達(dá)到20m的范圍。3)吊車作業(yè)通常是鋼結(jié)構(gòu)廠房中最基本的操作，大量的吊車使用量和較高的吊車使用頻率對吊車的質(zhì)量提出了嚴(yán)苛的要求。為了使廠房達(dá)到較好的使用情況，盡可能的選擇承載能力較大的吊車類型，一般情況下，重級工作制即可滿足絕大部分廠房需要。4)鋼結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的承載能力，一般在廠房的設(shè)計(jì)建造時通常會使承重構(gòu)件具有較大的橫截面積，這進(jìn)一步提高了鋼結(jié)構(gòu)的承載能力。較強(qiáng)的可塑性使鋼結(jié)構(gòu)承重在幾何學(xué)方面有很大的提升，最為基本的三角鋼結(jié)構(gòu)已隨處可見。5)雖然鋼結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也不能忽略一個致命的潛在問題，那就是鋼材不耐火。很多人都認(rèn)為鋼材既不是易燃材料怎么會不抗火。鋼材雖然屬于不可燃材料，但是在高溫的環(huán)境中，其力學(xué)性能就會發(fā)生變化，比如屈服強(qiáng)度，彈性模量等都會隨著溫度的升高而降低。當(dāng)溫度達(dá)到500℃以上時，降低幅度更為明顯，一般在15min左右就會喪失承重能力而發(fā)生垮塌。

2我國當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

2．1鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于工藝布置等方面的要求，為了拓展廠房的空間，鋼結(jié)構(gòu)廠房一般會采用框架結(jié)構(gòu)，此外，如果廠房的層數(shù)比較多且能達(dá)到一定的工藝條件時也能采用框剪結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)對其結(jié)構(gòu)布置的要求是要對稱均勻地布置柱網(wǎng)，并使廠房的質(zhì)量中心與剛度中心接近，達(dá)到降低廠房空間的扭轉(zhuǎn)作用的目的。鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)體系需要具備規(guī)則、簡捷以及傳力明確的特點(diǎn)，防止凹角、收縮以及現(xiàn)應(yīng)力集中或者由于豎向過多而導(dǎo)致的內(nèi)收或外挑等現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高豎向剛度的穩(wěn)定性。而在多層廠房中，由于其柱距方向尺寸小，柱子多、跨度方向尺寸大，柱子少的特點(diǎn)，所以一般對其采用橫向控制的方式，實(shí)現(xiàn)縱橫向的抗震能力的一致，提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震性能，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。

2．2理念的缺失

我國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般分為兩級，首先一般設(shè)計(jì)部門根據(jù)建設(shè)需要進(jìn)行工圖的設(shè)計(jì)，在工圖設(shè)計(jì)滿足規(guī)范后移交專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位，由具有資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行二次詳圖設(shè)計(jì)。這為數(shù)不多的環(huán)節(jié)中存在著諸多問題，設(shè)計(jì)院的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往只有一些較為簡單的結(jié)構(gòu)布局，設(shè)計(jì)人員缺乏對鋼結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識，單從設(shè)計(jì)方面出發(fā)而未融合鋼結(jié)構(gòu)的一些特有屬性導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)無法充分發(fā)揮。許多工程設(shè)計(jì)人員存在理論知識基礎(chǔ)不牢、缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)、缺乏嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的精神，甚至有許多應(yīng)屆的大學(xué)生也參與到設(shè)計(jì)項(xiàng)目中來，這往往會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)的時候就存在很大隱患。在工圖設(shè)計(jì)與二次詳圖設(shè)計(jì)交接的過程中同樣存在著諸多問題，設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)圖紙不規(guī)范現(xiàn)象普遍存在，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常用一些簡單的線條，結(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)表達(dá)，這為二次的詳圖設(shè)計(jì)帶來很大麻煩。國內(nèi)施工單位的水平同樣參差不齊，某些規(guī)模較小的施工單位甚至還缺乏信息化的基本條件，不具備整套的計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)備。由于施工單位偷工減料而產(chǎn)生的“豆腐渣”工程也廣泛的存在于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的施工中。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對工程質(zhì)量是否合格有著潛移默化的影響，我們必須以高標(biāo)準(zhǔn)來要求鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以免工程質(zhì)量不合格造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

2．3鋼結(jié)構(gòu)的耐火性和抗腐蝕性有待提高

通常看來，我們都認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)抗火性強(qiáng)，其實(shí)不然，在廠房建設(shè)中它的抗火性卻成為為數(shù)不多的缺點(diǎn)。沸水的溫度一般為100℃，在我們看來這個溫度極高，會嚴(yán)重燙傷我們的皮膚。然而，對于鋼鐵，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)的溫度達(dá)到400℃以上，那么它的強(qiáng)度只是常溫下強(qiáng)度的一半;當(dāng)溫度高于600℃或甚至更高時，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度就會為零。火災(zāi)對建筑物具有毀滅性打擊，一旦建筑物著火，不僅會造成經(jīng)濟(jì)損失，還會造成許多人員傷亡，所以在廠房建設(shè)中耐火因素必須考慮到。在大型建筑物中，我們要做到未雨綢繆，提前準(zhǔn)備好可以對鋼材料表層涂隔熱的特殊材料，這樣即使溫度達(dá)到一定的高度，對鋼材性能的影響也會大幅減弱，不會造成鋼材料強(qiáng)度的降低。另外，鋼材料具有一定的腐蝕性。一般建筑物都是暴露在空氣中，鋼材料在空氣中會氧化;遇到雨季，鋼結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)大面積的銹漬。這就要求我們對鋼材料采取一定抗腐蝕措施，以免鋼材料的嚴(yán)重腐蝕影響它的載重能力，造成建筑物坍塌的情況。鋼材料生銹還影響建筑物整體的美觀性。目前，我國最普遍的方式就是對鋼結(jié)構(gòu)添加保護(hù)層來使其減慢腐蝕，避免快速氧化。一般的保護(hù)層分為金屬保護(hù)層和非金屬保護(hù)層，此外還有化學(xué)保護(hù)層，保護(hù)層的選用要根據(jù)建筑物具體情況來決定。我們要知道，并不是對建筑物添加了保護(hù)層，它就不會被腐蝕，這只是減慢了腐蝕的時間，我們要對建筑物進(jìn)行基層除銹，合理保護(hù)建筑物。

2．4鋼材料的傳導(dǎo)性

我們都知道在空曠的鋼結(jié)構(gòu)建筑物里面，大聲說話可以聽到回音，這就是由鋼材料良好的傳導(dǎo)性決定的。另外，溫度也可以通過鋼材料進(jìn)行傳遞，我們可以合理利用這一原理。比如在寒冷的冬季，我們可以將鋼材料外部的熱量傳遞到內(nèi)部，從而增加室內(nèi)溫度。一般在大型公共場合，其空間相對較大，這就為聲音的傳遞創(chuàng)造了條件，通常我們會利用反射板來解決回音的問題。

3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理改良

3．1結(jié)構(gòu)與布局的改進(jìn)

鋼結(jié)構(gòu)在形式方面的選擇具有一定的科學(xué)依據(jù)，不同的形式具有不同的作用。鋼結(jié)構(gòu)一般可分為網(wǎng)架、框架和平面架，我們要根據(jù)廠房的實(shí)際情況選用科學(xué)合理的鋼結(jié)構(gòu)形式。荷載的大小是在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)形式選擇時首要考慮的問題，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一定要均勻，一般荷載較大的情況下選用網(wǎng)架最為合適，其能使鋼結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮最佳作用。

3．2鋼結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)截面的合理設(shè)計(jì)極為關(guān)鍵，它必須根據(jù)各個支柱間的距離、跨度以及支柱的高度來決定。為了確保截面設(shè)計(jì)的精確性，必須對支柱各方面的測量更加細(xì)心，決不能出現(xiàn)誤差。測量時幾毫米的誤差反映在建筑物上就會被放大，會使這個建筑物處于危險(xiǎn)狀態(tài)。所以，我們在對截面的設(shè)計(jì)中要格外的細(xì)心，以免因小的誤差引起大的事故。另外，合理的截面設(shè)計(jì)會使整個建筑物看起來更加美觀。

3．3整體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

建筑物主要框架是由鋼結(jié)構(gòu)支撐起來的，可見鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)對整個建筑物尤為關(guān)鍵。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題極為嚴(yán)肅，一定要聘請資深的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，決不能為節(jié)約成本，聘請非專業(yè)人士，以免對整個建筑物產(chǎn)生不利影響。目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般以線性彈性分析為主，部分設(shè)計(jì)軟件同時也考慮到幾何非線性分析，這大大提高了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精確性。為設(shè)計(jì)出最佳方案，我們可先用不同的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模，然后請資深的專業(yè)人員再對其建模完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而選擇出最適合廠房實(shí)際需求的方案。鋼結(jié)構(gòu)本身可以循環(huán)利用，是一種環(huán)保的建筑物料，也是我國使用最多的建筑材料。建筑物的安全性不容小視，一個建筑可以在外形上不美觀，但一定要安全可靠。在多層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時，可以采用純框架和支撐框架二者合一，以加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。北京鳥巢是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最為完美的代表，它不僅外觀漂亮，抗震性也極高。

3．4節(jié)點(diǎn)方面設(shè)計(jì)的改進(jìn)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要考慮到節(jié)點(diǎn)這個因素，如果鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時分析不準(zhǔn)確，就會使實(shí)際設(shè)計(jì)出來的節(jié)點(diǎn)與事先設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)不一致。節(jié)點(diǎn)的連接方式對整個建筑的安全性有著不可忽視的影響，所以一定要根據(jù)結(jié)構(gòu)傳力特點(diǎn)的不同選擇合適的連接方式，一般可以選擇剛接、半剛接和鉸接三種連接方式其中的一種。節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要考慮到施工人員的施工條件和施工環(huán)境，以便施工人員進(jìn)行合理施工。

3．5鋼材的保溫隔熱與防火及有關(guān)舉措

鋼材的導(dǎo)熱性能優(yōu)良，當(dāng)其處于溫度不一樣的情況下時，鋼架構(gòu)的抗拉性與塑性均會產(chǎn)生很大的變化，大致包括4個層級:第一，受熱溫度高于100℃;第二，受熱溫度在100℃～250℃區(qū)間內(nèi);第三，受熱溫度在250℃～500℃區(qū)間內(nèi);第四，受熱溫度高于500℃，而且在這4個溫度等級內(nèi)鋼架構(gòu)的抗拉性與塑性均會產(chǎn)生不同的變化，相應(yīng)的對鋼架構(gòu)造成程度不一的影響。其中當(dāng)鋼架構(gòu)所受溫度在2～4區(qū)間時鋼架構(gòu)會分別產(chǎn)生藍(lán)脆反應(yīng)、漸變反應(yīng)、鋼材節(jié)后塌落反應(yīng)。從這可以知道，當(dāng)鋼架構(gòu)所處環(huán)境的溫度在100℃以上的時候便一定要采用科學(xué)的隔熱舉措，來提升鋼材的抗熱性，防止鋼架構(gòu)受熱產(chǎn)生較大變化。鋼架構(gòu)的防火一般有下述幾種方式:構(gòu)建自動噴水滅火體系、設(shè)立防火帶、設(shè)立防火墻、防火門、單獨(dú)水幕。其中設(shè)立防火墻是最簡便、高效、最經(jīng)濟(jì)的方式。通常在廠房高度低于8m亦或僅需要劃分兩個區(qū)的狀況下，可設(shè)立智能噴水體系，讓防火面積增大1倍，以達(dá)到有關(guān)規(guī)定。

3．6屋蓋支撐體系設(shè)計(jì)

在屋蓋支撐機(jī)制設(shè)計(jì)過程中，對支撐體系的選取與屋面防水問題應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎考慮。通常來說，屋蓋支撐體系的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)車間高度及跨度、屋蓋架構(gòu)方式、吊車設(shè)立和噸位等要素相關(guān)，并且在大部分狀況下，不管有無檁條的屋蓋架構(gòu)均應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為縱向支撐機(jī)制。在沒有檁條支撐的機(jī)制中，盡管大規(guī)模屋面板有3點(diǎn)與屋架焊在一起，發(fā)揮了上弦支撐的功能，可是因?yàn)樽鳂I(yè)條件的制約與裝設(shè)的需要，不管有無檁條的屋蓋均應(yīng)當(dāng)在屋架上弦與天窗架上弦設(shè)立上弦水平方向支撐。此外，如果廠房屋架距離在20m以上亦或內(nèi)部設(shè)立有大噸位吊車亦或大規(guī)模震動設(shè)施，這種狀況下均應(yīng)當(dāng)在廠房內(nèi)設(shè)立垂直方向的支撐。在屋蓋支撐設(shè)計(jì)過程中一定要設(shè)置好屋面坡度，天溝方式、單坡屋面長度，這是由于此些要素對于房屋防水功能的優(yōu)劣有很大程度的影響。依據(jù)相關(guān)要求，屋面坡度最小為5%，但是實(shí)際狀況應(yīng)當(dāng)依據(jù)各個區(qū)域的特點(diǎn)進(jìn)行有關(guān)調(diào)整。廠房所在地方的最大氣溫差與降水量的多少是生產(chǎn)車間單坡屋面長度的主要影響要素，可是整體而言單坡屋面長度應(yīng)當(dāng)管控在70cm以內(nèi)，比70cm長的應(yīng)當(dāng)特別處置。

4結(jié)語

鋼材料相對于混凝土具有許多優(yōu)勢，它的強(qiáng)度高，載重能力極強(qiáng)，可塑性高，而且它是環(huán)保建筑材料，這使得它在我國建筑業(yè)中應(yīng)用廣泛。另外，鋼結(jié)構(gòu)可以循環(huán)利用，其順應(yīng)了可持續(xù)發(fā)展道路的發(fā)展方向。隨著人們生活水平的提高，人們對建筑物的觀賞性提出了更高的要求，鋼結(jié)構(gòu)可以滿足建筑物美觀方面的要求。雖然鋼結(jié)構(gòu)也存在一些問題，但是專業(yè)人員可采取一定的措施來改變現(xiàn)狀，由此看來，鋼結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)的應(yīng)用前景相當(dāng)樂觀。

參考文獻(xiàn):

［1］陳飛．淺談鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及優(yōu)化對策［J］．城市建筑，2014(2):67-68．

［2］彭偉宣．小議鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的防火措施［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(19):107．

［3］張曉紅．鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性和預(yù)防措施［J］．消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2013(10):57-59．

作者：周安樓 單位：攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司