曾長(zhǎng)生

廈門新長(zhǎng)誠鋼構(gòu)工程有限公司（361022）

多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

曾長(zhǎng)生

廈門新長(zhǎng)誠鋼構(gòu)工程有限公司（361022）

多層輕鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕、漏水等現(xiàn)象，因此必須加強(qiáng)多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)水平。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要認(rèn)真分析多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)布置合理設(shè)計(jì)和施工，以提高廠房質(zhì)量。

多層輕鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)廠房；設(shè)計(jì)

與鋼筋混凝土廠房相比，多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的用鋼量少、自重輕、抗震性能強(qiáng)、施工簡(jiǎn)單。多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房集設(shè)計(jì)、制造和施工為一體，施工速度快，節(jié)能效果顯著。

鋼結(jié)構(gòu)是一種綠色環(huán)保材料，建筑結(jié)構(gòu)使用螺栓連接，不會(huì)產(chǎn)生噪聲和建筑垃圾。因此，在工業(yè)廠房中廣泛應(yīng)用。

1 多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的特點(diǎn)

1.1 采用輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)

多層輕鋼結(jié)構(gòu)采用帶有彩色涂層的壓型鋼板和夾芯金屬板，保溫隔熱效果好，外形美觀，已經(jīng)完全取代傳統(tǒng)的多層廠房砌體圍護(hù)墻體。輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)是多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房中的主要圍護(hù)材料，這種材料能降低鋼結(jié)構(gòu)的自重和承載力。

1.2 層高與柱網(wǎng)尺寸大

與一般的民用高層建筑相比，多層輕鋼結(jié)構(gòu)高度在4～8 m，所以一個(gè)4層的廠房可能就相當(dāng)于民用建筑的8層。多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房?jī)?nèi)部空間大，柱距一般為6～12 m，有時(shí)候甚至高達(dá)18 m。

1.3 施工周期短

與傳統(tǒng)的混凝土廠房相比，多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化，現(xiàn)場(chǎng)不需要進(jìn)行焊接，所以極大地提高了施工效率，施工周期短，資金流動(dòng)速度快。

2 多層輕鋼工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)布置

2.1 柱網(wǎng)布置

傳統(tǒng)建筑工程的柱距模數(shù)一般為3 m、6 m、9 m、12 m等。但是多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼架的，柱距模數(shù)為4.5 m、7.5 m、9 m、12 m等。鋼架的跨度則根據(jù)廠房的實(shí)際情況設(shè)置。

2.2 結(jié)構(gòu)體系

多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房一般采用弓形或者箱形柱的空間框架，構(gòu)件大多數(shù)都是鋼板焊接，這種結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度小，需要設(shè)置側(cè)向支撐。或者根據(jù)電梯井的布置，采用框架抗剪桁架結(jié)構(gòu)或者框架鋼混剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)ㄖ轿灰七M(jìn)行控制。比如，某電子裝配廠為多層鋼結(jié)構(gòu)廠房，廠房長(zhǎng)84 m，寬28 m，建筑總面積為10 782 m2，廠房平面圖形為矩形。該建筑主體部分一共有4層，局部6層，首層層高7 m，二層層高為6 m，三層層高為5.1 m，四層層高為5 m。該廠房的主承重結(jié)構(gòu)為三跨工形截面鋼框架結(jié)構(gòu)。

2.3 結(jié)構(gòu)樓板的選用

多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的樓板必須具備一定的剛度、承載力。常用的形式有壓型鋼板組合樓蓋和預(yù)制板疊層組合樓蓋。壓型鋼板組合樓蓋是在鋼梁上鋪設(shè)壓型鋼板，然后在鋼板上澆筑厚度為100～150 mm的鋼筋混凝土。鋼梁和壓型鋼板用螺栓連接。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮到鋼梁和樓板的組合方式，這樣能降低鋼梁的用鋼量，提高樓層凈高。預(yù)制板疊層組合樓蓋則是在鋼梁上鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土薄板，然后在薄板上澆筑厚度為100～150 mm的鋼筋混凝土。這種結(jié)構(gòu)省去了壓型鋼板，降低了鋼材的用量，因此有利于降低整個(gè)廠房的造價(jià)[1]。

3 多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)與施工

3.1 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的重要性

多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)圖紙是廠房施工的前提和基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過程中，首先，結(jié)合施工場(chǎng)地的自然環(huán)境、地形地貌、水文條件、天氣等因素，制訂科學(xué)的施工方案。其次，在設(shè)計(jì)過程中，要考慮鋼結(jié)構(gòu)材料的運(yùn)輸、使用剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性能否滿足廠房的施工要求，并做好防腐蝕和防火等措施。在設(shè)計(jì)圖紙中，還要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的型號(hào)、連接件的型號(hào)、材料使用年限等進(jìn)行說明，這樣才能確保多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的適用年限。最后，為了確保廠房的設(shè)計(jì)圖紙符合廠家的生產(chǎn)要求，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)好以后，還要進(jìn)行圖紙會(huì)審。設(shè)計(jì)單位聯(lián)合建設(shè)單位、生產(chǎn)廠家對(duì)圖紙進(jìn)行會(huì)審。生產(chǎn)廠家結(jié)合生產(chǎn)的特點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙，確保設(shè)計(jì)圖紙的最優(yōu)化，減少施工過程的設(shè)計(jì)變更，從而有效控制廠房施工成本。多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)過程中，還要根據(jù)制作環(huán)節(jié)和安裝環(huán)節(jié)編制工程施工組織設(shè)計(jì)方案，包括廠房制作各個(gè)子項(xiàng)目的工藝要求和技術(shù)要求，從而確保各個(gè)環(huán)節(jié)符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 對(duì)多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的抗震性設(shè)計(jì)

我國(guó)是一個(gè)地震活動(dòng)頻繁的國(guó)家，地震活動(dòng)會(huì)造成建筑出現(xiàn)倒塌、塌陷、建筑結(jié)構(gòu)斷裂等現(xiàn)象。工業(yè)廠房人群密集，如果廠房出現(xiàn)質(zhì)量問題，一旦發(fā)生地震，可能造成大量人員傷亡。因此，必須做好工業(yè)廠房抗震設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面考慮：第一，按照廠房結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度總體布置，確保廠房各個(gè)部分受力均勻，以免鋼結(jié)構(gòu)受力不均勻影響結(jié)構(gòu)的抗震效果。廠房橫向結(jié)構(gòu)可以使用鋼架或者梁柱框架，以減少建筑橫向變形。第二，多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房桿件強(qiáng)度不足往往是由于桿件失穩(wěn)造成的，所以必須合理布置鋼結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)，確保鋼結(jié)構(gòu)廠房整體框架的穩(wěn)定性。第三，提高鋼結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的抗震性能。地震發(fā)生時(shí)，廠房鋼結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)首先受到地震波的沖擊，發(fā)生變形、斷裂等現(xiàn)象。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要適當(dāng)提高薄弱環(huán)節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的延性、剛性，減少地震作用對(duì)建筑的扭轉(zhuǎn)作用和側(cè)向位移力。

3.3 多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房防腐、防火設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)由純鐵、碳以及其他雜質(zhì)構(gòu)成，其中純鐵占99%。鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期裸露在空氣中，很容易受到自然環(huán)境下的雨水、空氣等的腐蝕，很容易生銹，從而影響到鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。因此，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐蝕處理，防腐處理可以采用涂裝方式，涂防銹底漆和面漆。鋼結(jié)構(gòu)室內(nèi)的防腐蝕涂層一般厚度在100 um，室外的鋼結(jié)構(gòu)材料涂抹厚度在150～200 um。如果廠房處于強(qiáng)酸環(huán)境中，則使用專用的防酸漆，降低酸性物質(zhì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。按照國(guó)家建筑行業(yè)的相關(guān)規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)材料的表面防腐蝕的等級(jí)為A、B、C、D。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)工業(yè)廠房的實(shí)際需求確定防腐蝕等級(jí)。

鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火性能差，當(dāng)鋼材溫度在100℃以上，鋼材的抗拉力強(qiáng)度降低，塑性提高；溫度達(dá)到250℃，鋼材抗拉強(qiáng)度稍微提高，塑性降低，會(huì)出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象；溫度超過了250℃，鋼材會(huì)出現(xiàn)徐變；溫度超過500℃，鋼材強(qiáng)度降到最低，鋼結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。因此，鋼結(jié)構(gòu)超過150℃時(shí)，要作防火處理，可以在鋼結(jié)構(gòu)上涂抹耐熱涂料。

3.4 多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房施工時(shí)對(duì)輕鋼屋面的保護(hù)措施

多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房施工過程中，可能會(huì)造成屋面漏水、漏雨現(xiàn)象。因此要做好屋面的防水措施。首先，確定房屋的坡度，屋面檀條高度設(shè)計(jì)為最高高度，避免屋面不均勻出現(xiàn)下?lián)?。其次，作好屋面結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理。泛水板與彩色壓型鋼板使用塔接方式連接，塔接部分設(shè)置堵頭和擋水板。施工時(shí)，鋼板向上翹30°，可以防止屋面漏水。外天溝一端用墻板支撐，另外一端則用槽型件支撐，確保天溝的深度、兩端作好溢水處理。

4 小結(jié)

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房應(yīng)用越來越多。但是在設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要結(jié)合廠房的實(shí)際情況和鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，作好多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的防腐蝕、防火處理，確保多層輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工質(zhì)量。

[1]吳陳.多層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)探討[J].中國(guó)房地產(chǎn)業(yè),2016(10)：103.