陳廷東

摘? ? 要：隨著低碳環(huán)保概念的不斷深入，耗能低、效率高的新型環(huán)保材料已迅速占領(lǐng)建材市場(chǎng)，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用也越來越廣泛，特別是在工業(yè)廠房應(yīng)用中。為了保障其有效性，鋼結(jié)構(gòu)工程廠房設(shè)計(jì)要根據(jù)實(shí)際需求，不斷優(yōu)化廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，從而提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全性、穩(wěn)定性。基于此，本文闡述了鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)勢(shì)及其設(shè)計(jì)特征，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房;優(yōu)點(diǎn);設(shè)計(jì);特征;設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1? 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：（1）環(huán)保性特點(diǎn)。環(huán)保是當(dāng)前建筑施工中較為關(guān)注的問題，已經(jīng)成為建筑施工的主要控制內(nèi)容之一。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房施工主要材料為一種綠色環(huán)保型材料，高能效回收，具有非常好的循環(huán)利用可能性和必然性。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房建筑施工結(jié)構(gòu)以綠色環(huán)保理念為主，將綠色建筑貫穿到了廠房建設(shè)的全過程。（2）施工操作簡(jiǎn)單靈活的特點(diǎn)。傳統(tǒng)廠房施工的過程中主要通過鋼筋混凝土完成對(duì)結(jié)構(gòu)主體的建設(shè)，在施工過程中施工周期較長，施工操作難度較大，這在很大程度上制約了廠房建設(shè)效果。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在施工的過程中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化，提高了構(gòu)件的批量化生產(chǎn)效果，有效提高了施工速度，大大方便了構(gòu)件的安裝。

2? 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的主要特征

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的特征主要表現(xiàn)為：（1）跨度比較大，廠房使用的柱子通常比較高。眾所周知，生產(chǎn)廠房屬于生產(chǎn)企業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，所以其產(chǎn)品的體積與重量等一般情況下比較大。但是鋼結(jié)構(gòu)的體積與質(zhì)量卻較好的滿足了這一要求，其重量比較輕，體積也不是很大。（2）鋼結(jié)構(gòu)的縱向柱距一般比較大，如果是重工業(yè)的廠房結(jié)構(gòu)，則應(yīng)根據(jù)行業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房主要用于大中型機(jī)械加工、大型冶煉電爐和配電車間等。所以這就要求在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房縱向的空間，從而完善廠房的工業(yè)設(shè)備布局。（3）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房承重構(gòu)件截面面積一般比較大，為了使其可以承受較大的噸位，一般需要結(jié)合具體工程的實(shí)際，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)措施，提高鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的剛度。在設(shè)計(jì)時(shí)，采用格構(gòu)式構(gòu)件與析架，能夠提高鋼結(jié)構(gòu)的承載能力。

3? 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析

（1）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房立面設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房立面設(shè)計(jì)中有四個(gè)基本特點(diǎn)依次是規(guī)模、線條、色彩、變化。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房相比，線條是呈現(xiàn)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)格最獨(dú)特的特征。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房由于屋面設(shè)置采光效果不理想，在設(shè)計(jì)時(shí)通常設(shè)計(jì)大量的采光窗，而大量的采光窗會(huì)破壞墻面的線條造型，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房則不會(huì)受此困擾。輕鋼結(jié)構(gòu)屋面則大量使用屋面采光板，不僅采光均勻，而且不會(huì)破壞墻面的線條造型，既適用又美觀，目前非常適合聯(lián)合型廠房，順便也解決了廠房的通風(fēng)問題。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的立面設(shè)計(jì)主要由工藝布置來決定的，立面要求簡(jiǎn)潔恢弘，同時(shí)簡(jiǎn)單統(tǒng)一突出重點(diǎn)。

（2）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的格構(gòu)柱設(shè)計(jì)分析。格構(gòu)柱是用連接綴件將型鋼分肢進(jìn)行拼接而形成一個(gè)統(tǒng)一整體的柱形式。在格構(gòu)柱的整體界面上，無論是彎矩還是軸力都被轉(zhuǎn)化成豎向軸力，這種豎向軸力主要作用于格構(gòu)柱上，由格構(gòu)柱的分肢來承擔(dān)主要的力度。剪力被分散到綴條或者綴板上面，由它們來承擔(dān)。格構(gòu)柱的計(jì)算方式獨(dú)具特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：格構(gòu)柱繞虛軸的長細(xì)比使用換算長細(xì)比的方式;圍繞著虛軸而彎曲的偏心受壓格構(gòu)柱，需要進(jìn)行彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算;格構(gòu)柱的分肢穩(wěn)定性驗(yàn)算，按照每一分肢的最不利軸力，進(jìn)行單肢穩(wěn)定驗(yàn)算;格構(gòu)柱的計(jì)算還需要包括綴件;格構(gòu)柱設(shè)計(jì)對(duì)于特殊節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，也包括在整體計(jì)算和局部設(shè)計(jì)之中等等。

（3）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房頂部橫向框架設(shè)計(jì)分析。1）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房受力體系。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的組成部分主要有支撐體系、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系、框架結(jié)構(gòu)體系、屋蓋結(jié)構(gòu)體系等。支撐體系主要有柱間支撐和屋蓋支撐著兩方面組成。支撐體系的作用就是將橫向和縱向的平面框架聯(lián)系起來，使得各部分成為一個(gè)統(tǒng)一的整體空間結(jié)構(gòu)，相互聯(lián)系、相互作用、協(xié)同工作，以此來確保鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的穩(wěn)定性和剛度。圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系為了保證廠房?jī)?nèi)正常、安全的生產(chǎn)環(huán)境，它通過基礎(chǔ)梁、墻梁、外墻、抗風(fēng)柱等組成一個(gè)承受及傳遞圍護(hù)墻體重量的風(fēng)荷載，風(fēng)荷載作用于墻面?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系由橫向平面和縱向平面框架組合而成。作為鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的基本承重結(jié)構(gòu)，橫向平面框架的意義十分重要，它是由基礎(chǔ)、屋架和橫向柱列組成。在建構(gòu)屋面梁和柱頂之間的連接時(shí)，可以采用剛接或者鉸接的形式。柱段和基礎(chǔ)的連接則多數(shù)只能采用剛接的形式。縱向平面框架的組成部分較之橫向平面框架要復(fù)雜的多，它的組成部分包括縱向柱列、基礎(chǔ)、連系梁、柱間支撐、托架、吊車梁等等，其主要承受縱向風(fēng)載荷、縱向溫度應(yīng)力、縱向地震作用力和吊車縱向水平制動(dòng)力等等。它對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的作用也是必不可少。屋蓋結(jié)構(gòu)體系包括鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房屋頂所需要的一切，如屋面板、屋蓋支撐、天溝版、托架、檁條、屋面梁等等。2）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房橫向平面框架荷載。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)按照常規(guī)的計(jì)算方法，應(yīng)該以橫向平面框架和縱向平面框架搭建而起的整體空間結(jié)構(gòu)作為計(jì)算對(duì)象，但是在這種計(jì)算方式比較繁雜，工作量極為龐大，所以在實(shí)際的計(jì)算工作中，通常分別計(jì)算橫向平面框架所承受的荷載和縱向平面框架所承受的荷載，這種計(jì)算方式的工作量相對(duì)較小，得出的結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)也比較相符。橫向平面框架在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中是這樣起作用的：它承受了廠房?jī)?nèi)部所有的橫向和縱向荷載，通過橫向水平的框架設(shè)計(jì)來確定鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的基本單元，然后再通過吊車梁等各種構(gòu)件將橫向水平框架給連接起來，使之成為一個(gè)三維的空間結(jié)構(gòu)，以此來保證廠房骨架的縱向剛度符合鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的承重要求。在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房橫向框架的設(shè)計(jì)方法中，對(duì)于橫向框架的荷載計(jì)算僅僅包括了橫向平面的承受力，而縱向風(fēng)荷載未被考慮在內(nèi)。但是在實(shí)際的工作中，縱向風(fēng)荷載只有在縱向支撐的設(shè)計(jì)中予以考慮，但是事實(shí)上，橫向結(jié)構(gòu)的框架在受到橫向風(fēng)荷載的同時(shí)，縱向風(fēng)荷載也會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響。所以在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的橫向平面框架設(shè)計(jì)中，也應(yīng)該加入縱向風(fēng)荷載造成的平面外彎矩。

（4）溫度伸縮縫設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析。溫度會(huì)引起鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房發(fā)生形變，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)廠房面積足夠大，且溫度應(yīng)力也足夠大時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房就會(huì)發(fā)生大的形變，產(chǎn)生危險(xiǎn)，為了避免這種危險(xiǎn)的發(fā)生，在廠房?jī)?nèi)設(shè)置溫度伸縮縫是必不可少的。溫度伸縮縫的設(shè)置有兩種：一種是橫向設(shè)置溫度縫，另一種是縱向設(shè)置溫度縫，選擇哪一種設(shè)置則根據(jù)具體廠房設(shè)計(jì)情況而定。溫度縫的設(shè)置就把廠房分為了若干個(gè)溫度區(qū)段，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范則決定了每個(gè)溫度區(qū)段的長度。其中處理溫度伸縮縫的方法又有兩種即雙柱設(shè)置法和單柱設(shè)置法，一般選擇前者來處理。倘若設(shè)置的是縱向溫度伸縮縫，可在屋架支座處設(shè)置一個(gè)滾動(dòng)支座，倘若設(shè)置的是橫向溫度伸縮縫，則可在框架梁與檁條連接處采用槽鋼夾板滑動(dòng)方式或者橢圓孔滑動(dòng)方式。

4? 結(jié)束語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的合理設(shè)計(jì)關(guān)系到其質(zhì)量及建成后的應(yīng)用效果，對(duì)工業(yè)廠房安全應(yīng)用具有重要作用。因此在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)項(xiàng)目工程進(jìn)行全面分析，從而保證鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的安全應(yīng)用。

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