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摘要：隨著科技的發(fā)展，我們在廠房的建設(shè)中會廣泛的應(yīng)用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是由鋼梁和混凝土板通過栓釘組合起來的新型結(jié)構(gòu)形式，在進行廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，需要我們滿足建設(shè)的要求，提升建筑整體的安全性與整體性。鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要考慮時間指標、性能指標以及經(jīng)濟指標，實踐證明鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)質(zhì)量關(guān)系到廠房的整體質(zhì)量，因此本文以某工業(yè)廠房設(shè)計為例，對優(yōu)化鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計策略進行分析，以此提出完善結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體對策。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房；鋼混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是基于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展而形成的一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化形式。它是近年來出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)。將兩種材料按一定的方式連接起來，將兩種材料組合成一個整體，充分發(fā)揮鋼的抗拉和混凝土抗壓的特點，充分利用這兩種材料各自的優(yōu)點，大大的節(jié)省了鋼筋和混凝土的材料，利用鋼材與混凝土的有效結(jié)合，大大提高了混凝土的利用效率，施工方便，降低了工程成本，同時由于鋼材具有較好的塑性，增強了結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此，受到工程界的歡迎，在工程中應(yīng)用越來越廣泛。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是當前工業(yè)廠房建設(shè)所采取的主要結(jié)構(gòu)形式之一。根據(jù)以往工作經(jīng)驗，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用的過程中容易受到環(huán)境等方面影響而出現(xiàn)鋼筋銹漲開裂而導(dǎo)致的耐久性下降，影響廠房的使用壽命，造成安全事故，因此優(yōu)化鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計是提高廠房質(zhì)量，提高其使用壽命的重要舉措。本文以某工業(yè)廠房建設(shè)為例，該工業(yè)廠房屬于水泥選粉機車間，車間框架結(jié)構(gòu)上裝有多個電機，廠房噪音比較大，因此需要對鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，以此保證廠房的整體質(zhì)量。

1鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的特點

1.1壓型鋼板混凝土組合板的特點

因為不需要模板安裝和拆除工作，因此，施工過程中易燃模板導(dǎo)致的火災(zāi)現(xiàn)象也將大大減少；壓型鋼-混凝土組合板只要安裝在重要場所，以減少混凝土收縮和溫度的影響；壓型鋼板可作為混凝土結(jié)構(gòu)的平坦頂棚屋面；安裝完成后，不需要安裝鋼腳手架，施工人員可以把壓型鋼板作為一個安全的工作平臺；壓鋼板之間波紋槽可以安裝通信、電力等工程；可以縮短施工工期，同時也可以多項目同時建設(shè)；壓型鋼板不僅便于運輸，而且儲存方便，同時壓鋼-混凝土組合板的重量相對輕，減少了結(jié)構(gòu)上部恒載和下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的資金投入。

1.2鋼-混凝土組合梁的特點

鋼-混凝土組合梁對比鋼板梁，至少可減少20%的鋼的使用，直接降低施工成本；鋼-混凝土組合梁可以最大限度地利用鋼筋和混凝土的材料性能；使截面梁的強度增加，減少梁的截面高度和建筑高度；減小沖擊，提高抗疲勞性和耐沖擊性；同時可加固梁的橫向強度，避免負荷過大導(dǎo)致梁變形失穩(wěn)；減少了模板使用量和施工支模的工序步驟，使得施工現(xiàn)場的工作更簡單。

1.3型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，高強度、橫截面積小、抗彎能力強，能更好的適用于高層建筑；抗震性能和延伸性良好；耐火性和耐久性比鋼結(jié)構(gòu)更好，同時可以節(jié)約鋼材，降低成本；進而提高施工效率，減少施工工期。

2工業(yè)廠房鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計體系分析

2.1支撐體系支撐體系

為水平鋼框架和縱向設(shè)計框架。水平荷載分擔柱間的有效支護。此種設(shè)計成本相對較低，但可能會對以后的使用產(chǎn)生影響。此種設(shè)計相對適用于橫向短、縱向長的工廠。

2.2純框架體系

純框架體系設(shè)計是由鋼框架構(gòu)成，在兩個方向上都沒有柱間的支撐。框架體系不影響使用空間，但柱體不適于工字型柱體，使得用鋼量會相應(yīng)增加。

2.3鋼架支撐體系

鋼架支撐混合體系能有效地降低柱的縱向彎矩，但要求剛度大，要求樓板剛度大，不然無法充分發(fā)揮柱間支撐的作用。

3工業(yè)廠房鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1各種荷載處理

最重要的是進行豎向荷載和水平荷載的處理，在設(shè)計中應(yīng)綜合考慮，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。重力的影響豎向荷載作用，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)需要同時抵抗水平荷載和豎向荷載，從而提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，并對結(jié)構(gòu)起到較好的推動作用。豎向荷載雖然影響結(jié)構(gòu)設(shè)計，但最關(guān)鍵的部位仍受水平荷載的影響，應(yīng)引起足夠的重視和重視。整體建筑結(jié)構(gòu)的重力影響是跟室內(nèi)的合適布局變化有一定的關(guān)系，所以進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮各方面影響因素，但室內(nèi)布局對豎向荷載影響不大，大風、地震、冰雹等會對水平荷載產(chǎn)生較大影響，因此有必要在結(jié)構(gòu)設(shè)計時對其進行綜合考慮，以防止結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性受到影響。

3.2結(jié)構(gòu)變形設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)容易發(fā)生軸向變形，在整個設(shè)計過程中必須綜合考慮，并注意工作中的細節(jié)處理。通常，框架邊柱的軸壓應(yīng)力比中柱小，導(dǎo)致側(cè)柱軸向變形較小。特別是在高層建筑中，這種情況會變得更加明顯，如果不及時處理，可能會帶來更嚴重的后果。為了防止這些情況的發(fā)生，有必要加強思想認識，加強處理工作，采取有效措施提高設(shè)計精度。從而促進二者的有效結(jié)合，減少邊柱和中柱的軸向變形，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，減小側(cè)移，有效地控制了側(cè)向位移，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3結(jié)構(gòu)延性處理

在設(shè)計中，對立面和平面進行規(guī)則性的布置和處理，以盡量減少地震帶來的不利影響，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。使建筑的質(zhì)量和剛度均勻化，使結(jié)構(gòu)合理。并且設(shè)計中采用精確的高度比，從而確保結(jié)構(gòu)良好的延性，可以更好的承擔水平荷載，加強對結(jié)構(gòu)的有效保護，以防止結(jié)構(gòu)的損傷和變形。同時要提高結(jié)構(gòu)柱和墻體的設(shè)計水平，增強結(jié)構(gòu)的剛度以及抗震性能，使其能夠更好的保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定運行。

3.4結(jié)構(gòu)受力分析

重視結(jié)構(gòu)受力分析，科學(xué)合理把握結(jié)構(gòu)受力特征，然后采取有效的設(shè)計方案，促進設(shè)計水平提升。框架結(jié)構(gòu)的受力情況不同，具有其顯著的特點和優(yōu)點。通常，上層的框架承受較大的剪力，框架不僅承受水平荷載，而且承受豎向荷載，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，有效地滿足了工作的實際需要。

3.5合理設(shè)計框架結(jié)構(gòu)

根據(jù)以上的要求進行設(shè)計的前提下，為了進一步提升設(shè)計水平，我們還需要對進行施工的建筑進行了解，采取相應(yīng)的辦法，根據(jù)以往的慣例，我們常用直接與間接法，最后實現(xiàn)提高設(shè)計水平的目的。

3.5.1框架直接設(shè)計

為了更好地運行和提高效益，需要充分考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，并對工業(yè)廠房的缺陷進行改進和彌補。比如，現(xiàn)場混凝土澆筑時，如果根據(jù)設(shè)計圖紙來看需要更改澆筑的混凝土型號時，如果更換的混凝土強度要求達不到的話，則需要根據(jù)實際情況，改變構(gòu)件尺寸，采取措施彌補，以保證構(gòu)件的穩(wěn)定性，有效提高管理能力。另外還有施工過程中，我們需要進行特殊的防火處理，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件保持良好的完整性和安全性。這種設(shè)計方法對一般混凝土構(gòu)件的處理具有良好的效果。

3.5.2框架結(jié)構(gòu)間接設(shè)計

所謂間接設(shè)計就是利用預(yù)制件來模擬受力情況，然后根據(jù)壓力的影響設(shè)計圖紙。該方法能有效地解決問題，減少設(shè)計后的設(shè)計變更。用預(yù)應(yīng)力水平拉桿設(shè)計混凝土受力構(gòu)件。通過間接設(shè)計，可以對整個建筑進行壓力測試，從而滿足施工過程中的設(shè)計要求。這種設(shè)計方法能更好地提高設(shè)計水平，保證設(shè)計的規(guī)律性、剛度和延性要求。

4某廠房鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計

該廠房鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)主要包括：①橫向框架。橫向框架是整體廠房的主要承重結(jié)構(gòu)體系，其需要承受各種外界負荷力的作用，保證廠房的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，一般由柱、框架以及屋蓋橫梁等構(gòu)成；②屋蓋結(jié)構(gòu)。屋蓋結(jié)構(gòu)主要是承擔屋蓋所帶來的負載，例如橫梁、托架等等；③支撐體系。支撐體系也是廠房的主要組成部分，其主要是防止廠房出現(xiàn)傾斜、垮塌等現(xiàn)象。因此該廠房的設(shè)計：

①荷載計算設(shè)計。由于該廠房的車間頂蓋采取的是鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，安裝通風的天窗，因此需要對荷載進行計算，以此確定具體的施工方案。荷載系數(shù)取用荷載風壓的1.0，基本的風壓為0.62kN/m2。荷載計算：屋頂蓋部分：靜載有彩鋼和網(wǎng)架，是1.40kN/m2，活載為0.9kN/m2；吊車：最上層的吊車荷載主要對作用于柱上，其荷載為R=4289kN，R=2699kN，水平剎車力在97.9kN。第二層吊車的荷載為R=1360kN，R=965kN，水平剎車力在29.5kN。最低下層吊車荷載為R=989.5kN，R=356.7kN，水平剎車力在12.9kN；風荷載：基本的風壓主要作用于柱的頂部，對其柱頂?shù)暮奢d力為375kN，基本風壓在0.62kN/m2，風荷載在兩邊的柱底壓力為17.2kN/m和9.98kN/m；

②設(shè)縫問題設(shè)計。按照相關(guān)規(guī)定規(guī)范，鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間接為55m，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距為45m，根據(jù)工程的實際情況考慮，本設(shè)計方案選擇不設(shè)縫的施工方案，但是由于混凝土存在收縮問題，因此在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以從廠房建筑的中部框架部位從基礎(chǔ)頂面至屋面設(shè)置10m寬的后澆帶。同時為了保證質(zhì)量，還需要在鋼框架子結(jié)構(gòu)和混凝土墻體之間進行連接構(gòu)造，具體可以通過連梁采用剛性連接或鉸接。具體的施工策略為：調(diào)整結(jié)構(gòu)施工順序，先澆筑混凝土簡體，然后安裝鋼框架；用剛性連接的鋼框架梁柱節(jié)點；調(diào)整鋼管柱的長度等方式進行；

③截面形式及計算。鋼管混凝土組合柱結(jié)構(gòu)的截面形式有3種：a.圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；b.矩形鋼管混凝土姐歐股；c.多邊形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。在廠房建設(shè)中使用最廣泛的就是矩形和圓形鋼管混凝土組合柱。圓形鋼管混凝土組合柱的強度和抗壓性是最符合廠房建設(shè)的，所以在該廠房車間建設(shè)中使用的就是圓形鋼管混凝土組合柱。對廠房框架進行計算時，實用的設(shè)計軟件是中國建筑學(xué)院編制的STS軟件，這個軟件主要是基于CECS28B90計算剛-混凝土組合柱截面；

④柱腳設(shè)計。鋼柱腳應(yīng)使用密封板封閉，以減少立柱和地面壓力。在本文案例中情況下，密封板和柱的連接處設(shè)有勁肋，以便能夠更好的改善柱腳的受力。另外，采用雙杯口插入式鋼-混凝土組合柱，將混凝土澆注到杯口，有利于提高整體柱荷載；

⑤鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計。常用的防火措施種類比較多，一般就是將構(gòu)件利用保護材料進行包裹，以此延續(xù)構(gòu)建的升溫速度，為滅火提供時間。基于本工廠的工作環(huán)境，本次的設(shè)計具體選擇的是膨脹型防火涂料保護法，此種方法能夠消除傳統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時產(chǎn)生的有毒氣體的弊端。具體的設(shè)計是選擇由有機樹脂、發(fā)泡劑以及碳化劑等構(gòu)成的厚度在5mm左右的涂料，一旦發(fā)生火災(zāi)時，該涂料就會膨脹，形成比原來還要厚幾十倍的多孔碳質(zhì)層，阻擋外部對內(nèi)包構(gòu)件的傳熱，便構(gòu)件的耐火極限可達（0.5～1.5）h；

⑥剪力墻子結(jié)構(gòu)體系延性設(shè)計。在鋼框架一混凝土剪力墻混合結(jié)掏體系中，由剪力墻和剪力墻組成的筒體承擔了85%以上的水平剪力，應(yīng)保證混凝土墻體具有足夠的延性，因此在連接處設(shè)置型鋼柱，既能有效防止裂縫的出現(xiàn)或展開，又能方便鋼結(jié)構(gòu)的安裝，減少鋼柱與混凝土墻體之間的豎向變形差異產(chǎn)生的不利影響。設(shè)計時應(yīng)考慮框架具有一定的抗剪承載能力，其值不宜小于帶框墻總剪力的20%。同時剪力墻軸壓比應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防等級確定。該廠房設(shè)計剪力墻軸壓比控制值按規(guī)范要求應(yīng)小于0.6，以保證其延性。

5工業(yè)廠房鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計的保障

實現(xiàn)對工業(yè)廠房與混凝土組織結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化必須要做好以下工作：①要把握基本的鋼與混凝土組合設(shè)計原則，通過設(shè)計保證廠房使用壽命，強化對廠房的質(zhì)量控制以及達到最優(yōu)化的經(jīng)濟目標，也就是在設(shè)計的過程中要綜合考慮建筑項目的全壽命期的成本和效益問題。只有把握上述的基本原則才能保證設(shè)計的方案具有價值；②提高工業(yè)設(shè)計人員的綜合素質(zhì)，提高他們的設(shè)計理念更新。鋼與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是新型的設(shè)計方案，也是當前工業(yè)設(shè)計較為常見的一種技術(shù)，因此需要設(shè)計人員要把握設(shè)計的關(guān)鍵問題，強化質(zhì)量管理意識和安全意識；③加強施工管理。保證施工工序嚴格按照設(shè)計的要求進行，以此保證工業(yè)廠房的質(zhì)量。

6結(jié)束語

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是一種新型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)充分了發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料優(yōu)點，是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式更為合理，受力性能更加優(yōu)異。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)以其承載力高、造價低、性價比高等優(yōu)點得到了國內(nèi)外專家的廣泛認可。隨著施工技術(shù)的不斷改進，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)逐步得到完善，大大拓寬了鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在國內(nèi)工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用范圍。本文通過對該廠房鋼與混凝土結(jié)構(gòu)的性能檢測，通過設(shè)計提高了結(jié)構(gòu)剛度，達到了良好的抗震效果，優(yōu)化了建筑布局和空間的使用，更為重要是將降低了造價，提高了工廠的經(jīng)濟效益，提升了工廠廠房的使用壽命。

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作者：宋書生 單位：中冶南方武漢鋼鐵設(shè)計研究院有限公司