張曉明

摘要：當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)的使用也越來越普遍廣泛，為確保鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的安全穩(wěn)定改進(jìn)，本文根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計特點(diǎn)，探討鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的施工特點(diǎn)及優(yōu)勢，對鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房;特點(diǎn);設(shè)計要點(diǎn)

1 鋼結(jié)構(gòu)的概述

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房各結(jié)構(gòu)的組成部分進(jìn)行了合理規(guī)劃，以取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房可降低設(shè)計難度，改善施工有效性。同時，結(jié)構(gòu)組裝過程可以節(jié)省更多的建筑材料，從而節(jié)約更多的項(xiàng)目成本。使用的建筑材料是一種使用率高、可多次使用的建筑材料，拆下的鋼構(gòu)件可直接回收利用，循環(huán)價值高，環(huán)保性強(qiáng)。同時，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房空間利用率高，搭接過程中空間占用率低，設(shè)計變化性強(qiáng)，對于空間成分具有多重特征;對以后安裝中提高空間利用率有重要意義。

2 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)勢

2.1 價格優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)價格相對便宜，節(jié)省很多成本。此外，雖然價格較低，但性能并沒有明顯下降，價格表結(jié)構(gòu)簡單，性能良好。工廠建筑中使用的一些結(jié)構(gòu)常常需要多次搬運(yùn)，有許多材料經(jīng)過多次處理，對其性能有很大的影響，但鋼結(jié)構(gòu)不存在這種問題。鋼結(jié)構(gòu)重量輕，安裝方便，如果結(jié)構(gòu)使用有問題，有些結(jié)構(gòu)安裝位置不對，容易拆卸和重新安裝，這在一定程度上降低了施工人員的技術(shù)難度，提高了安裝的施工速度。

2.2 環(huán)保性

環(huán)境保護(hù)是當(dāng)前建筑中一個日益令人擔(dān)憂的問題，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的主要建筑材料是一種綠色環(huán)保材料，經(jīng)過有效回收利用，具有很好環(huán)保特點(diǎn)。

2.3 施工操作簡單靈活

在傳統(tǒng)的廠房建筑中，建筑主體主要是通過加固混凝土來建造的。施工時間長，施工難度大，嚴(yán)重制約了廠房的建設(shè)效果。在施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房優(yōu)化了構(gòu)件，提高了構(gòu)件批量生產(chǎn)效率，有效地提高了施工速度，使構(gòu)件組裝更加方便。

3 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計的主要特征

在工業(yè)廠房的設(shè)計中，目前多采用鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有重量輕、跨度大、柱網(wǎng)布置靈活、工藝連接方便，具體特點(diǎn)如下：一是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計車間使用的鋼材具有良好的塑性，一般不會因意外超載或局部超載而突然斷裂。鋼具有良好的韌性，使結(jié)構(gòu)更能適應(yīng)動載荷;二是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計車間用鋼材材質(zhì)均勻，結(jié)構(gòu)可靠性高;三是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計車間用鋼強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)重量輕，制造車間跨度大，可制成大跨度結(jié)構(gòu);四是鋼結(jié)構(gòu)車間的鋼材具有焊接性，大大簡化了鋼結(jié)構(gòu)的連接，適合制造各種復(fù)雜結(jié)構(gòu);五是鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)和安裝高度工業(yè)化。鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)主要在金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)廠進(jìn)行，生產(chǎn)簡單，精度高。裝配好的構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場安裝，裝配度高，安裝速度快，工期短。

4 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計要點(diǎn)的分析

4.1 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房立面相關(guān)要點(diǎn)分析設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)有四個基本特征：規(guī)模、線條、色彩、變化。比較鋼筋混凝土加固，鋼結(jié)構(gòu)的線條表現(xiàn)最具特色。傳統(tǒng)混凝土現(xiàn)場采光效果不是很理想，一般在設(shè)計中都會設(shè)計出大量的采光窗，大量的采光窗會使墻面的線形損壞，這種輕鋼屋面采用大量的屋面采光，既均勻又不破壞墻體線形，美觀大方。目前它非常適合聯(lián)合車間，同時也解決了聯(lián)合車間的通風(fēng)問題。鋼結(jié)構(gòu)立面設(shè)計主要由工藝布置決定，立面必須以簡單、連貫、突出重點(diǎn)。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房格構(gòu)柱的設(shè)計與分析

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的格構(gòu)柱是一種用連接板條將鋼截面拼接而成的柱形式，在整個格構(gòu)柱界面上，彎矩和軸力都轉(zhuǎn)化為豎向軸力，主要作用在格構(gòu)柱上，其主要作用是格構(gòu)柱用作壓彎構(gòu)件，多用于廠房框架柱和獨(dú)立柱，截面一般為型鋼或鋼板設(shè)計成雙軸對稱或單軸對稱截面。格構(gòu)體系構(gòu)件由肢件和綴材組成，肢件主要承受軸向力，綴材主要抵抗側(cè)向力（相對于肢體軸向而言）。格構(gòu)柱綴材形式主要有綴條和綴板。當(dāng)偏心受壓柱繞虛軸彎曲時，應(yīng)在彎矩平面上進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算，穩(wěn)定控制計算最不利的軸力;進(jìn)行格構(gòu)柱單肢的穩(wěn)定驗(yàn)算。格構(gòu)柱的計算還需要包括壓條;特殊節(jié)點(diǎn)格構(gòu)柱的設(shè)計也包括在整體計算和局部設(shè)計中等。

4.3 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房屋面支撐系統(tǒng)設(shè)計

屋面支撐系統(tǒng)的布置應(yīng)根據(jù)該區(qū)域的跨度、高度、柱網(wǎng)布置、屋面結(jié)構(gòu)、吊車噸位和抗震設(shè)防烈度等確定。鋼結(jié)構(gòu)考慮了施工條件和安裝需求的限制，無論是否有檁條系統(tǒng)，屋架上弦桿和天窗桁架上弦桿均應(yīng)設(shè)置上弦桿橫向支撐。對于屋架間距不小于12m的車間或配備超重型橋式起重機(jī)的車間或配備大型振動設(shè)備的車間，應(yīng)提供縱向水平支撐。

4.4 溫度伸縮縫設(shè)計要點(diǎn)分析

溫度會引起鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的變形和結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力。當(dāng)廠房面積足夠大，溫度應(yīng)力足夠大時，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房將產(chǎn)生較大的變形和危險。為了避免這種危險，必須在車間內(nèi)設(shè)置溫度膨脹節(jié)。有兩種類型的溫度伸縮縫：一種是水平設(shè)置溫度伸縮縫，另一種是縱向設(shè)置溫度伸縮縫。選擇哪一種取決于具體的工廠設(shè)計。溫度接頭的設(shè)置將車間劃分為多個溫度段，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范確定了每個溫度段的長度。溫度膨脹節(jié)的處理方法有兩種，即雙柱法和單柱法。設(shè)置縱向溫度伸縮縫時，可在屋架支座處設(shè)置滾動軸承，框架梁與檁條連接處可采用槽鋼夾板滑移或橢圓孔滑移。

4.5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計分析

節(jié)點(diǎn)設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容之一。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析之前，應(yīng)充分考慮并確定節(jié)點(diǎn)形式。根據(jù)傳力特性的不同，將節(jié)點(diǎn)分為剛性連接、鉸接連接和半剛性連接。設(shè)計人員應(yīng)確保接頭的選擇符合設(shè)計要求。其中一個常見的情況是，最終設(shè)計節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致，必須避免這種情況。例如，一些剛性節(jié)點(diǎn)雖然不存在承載彎矩的問題，但會產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)動，這與結(jié)構(gòu)分析中的假設(shè)不符，導(dǎo)致實(shí)際工程變形大于計算數(shù)據(jù)的不利結(jié)果。在多跨廠房的設(shè)計中，應(yīng)注意附跨或高低跨連接部位節(jié)點(diǎn)的選擇，這往往會導(dǎo)致一些問題。在附跨設(shè)計中，附跨鋼梁與主跨之間的連接大多采用鉸接形式。但是，當(dāng)附跨跨度較大，附跨鋼梁截面較高時，程序生成的節(jié)點(diǎn)四個螺栓集中在連接截面的中間，實(shí)際節(jié)點(diǎn)將旋轉(zhuǎn)較大，接頭的接觸面的分離導(dǎo)致摩擦型高強(qiáng)度螺栓接觸面的不足和摩擦型接頭的工作基礎(chǔ)的損失。而且角度過大，對螺栓有較大的翹曲力，有很大的安全隱患。在設(shè)計中應(yīng)注意，當(dāng)廠房跨度較大時，在計算模型中將節(jié)點(diǎn)定義為剛性節(jié)點(diǎn);當(dāng)跨度較小時，仍選擇鉸接節(jié)點(diǎn)，并手動調(diào)整節(jié)點(diǎn)處的螺栓分布以減小角度。

4.6 防銹處理

由于鋼結(jié)構(gòu)的表面直接暴露在大氣中會受到腐蝕。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房空氣中有腐蝕性介質(zhì)或鋼結(jié)構(gòu)處于潮濕環(huán)境時，鋼結(jié)構(gòu)車間的腐蝕將更加明顯和嚴(yán)重。鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕不僅會降低構(gòu)件的截面，還會在構(gòu)件表面產(chǎn)生銹坑。構(gòu)件受力時，會引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早破壞。因此，為保證廠房結(jié)構(gòu)的安全，應(yīng)充分重視鋼結(jié)構(gòu)廠房構(gòu)件的防腐，根據(jù)腐蝕介質(zhì)條件，在總平面布置、工藝布置、選材等方面采取相應(yīng)的對策和措施以及工廠的環(huán)境條件，確保鋼結(jié)構(gòu)更少腐蝕。

5 結(jié)束語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房可以滿足人們對于建筑的眾多需求，高水平的工業(yè)廠房一定程度推動了生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的合理設(shè)計關(guān)系到其質(zhì)量及建成后的應(yīng)用效果，從多個角度完善鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計，既保證了工業(yè)廠房建設(shè)的順利實(shí)施，又提高工業(yè)廠房的性能和質(zhì)量。

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