鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計要點的分析

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，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)計要根據(jù)實際需求，不斷優(yōu)化廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，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)勢及其設(shè)計特征，對鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計要點進行了探討分析。

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

1? 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)勢特點

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)勢特點主要表現(xiàn)為：（1）環(huán)保性特點。環(huán)保是當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）施工操作簡單靈活的特點。傳統(tǒng)廠房施工的過程中主要通過鋼筋混凝土完成對結(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鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房構(gòu)件進行優(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)計的主要特征

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計的特征主要表現(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)的特點進行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計。當前，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房主要用于大中型機械加工、大型冶煉電爐和配電車間等。所以這就要求在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時，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)計時，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)計要點的分析

（1）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房立面設(shè)計要點分析。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房立面設(shè)計中有四個基本特點依次是規(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)建筑風格最獨特的特征。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)計時通常設(shè)計大量的采光窗，而大量的采光窗會破壞墻面的線條造型，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房則不會受此困擾。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問題。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的立面設(shè)計主要由工藝布置來決定的，立面要求簡潔恢弘，同時簡單統(tǒng)一突出重點。

（2）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的格構(gòu)柱設(shè)計分析。格構(gòu)柱是用連接綴件將型鋼分肢進行拼接而形成一個統(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。格構(gòu)柱的計算方式獨具特點，主要表現(xiàn)在：格構(gòu)柱繞虛軸的長細比使用換算長細比的方式;圍繞著虛軸而彎曲的偏心受壓格構(gòu)柱，需要進行彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性驗算;格構(gòu)柱的分肢穩(wěn)定性驗算，按照每一分肢的最不利軸力，進行單肢穩(wěn)定驗算;格構(gòu)柱的計算還需要包括綴件;格構(gòu)柱設(shè)計對于特殊節(jié)點的設(shè)計，也包括在整體計算和局部設(shè)計之中等等。

（3）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房頂部橫向框架設(shè)計分析。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。圍護結(jié)構(gòu)體系為了保證廠房內(nèi)正常、安全的生產(chǎn)環(huán)境，它通過基礎(chǔ)梁、墻梁、外墻、抗風柱等組成一個承受及傳遞圍護墻體重量的風荷載，風荷載作用于墻面?？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，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?？v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力等等。它對于鋼結(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)計按照常規(guī)的計算方法，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)作為計算對象，但是在這種計算方式比較繁雜，工作量極為龐大，所以在實際的計算工作中，通常分別計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，這種計算方式的工作量相對較小，得出的結(jié)果與實際數(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：它承受了廠房內(nèi)部所有的橫向和縱向荷載，通過橫向水平的框架設(shè)計來確定鋼結(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)計方法中，對于橫向框架的荷載計算僅僅包括了橫向平面的承受力，而縱向風荷載未被考慮在內(nèi)。但是在實際的工作中，縱向風荷載只有在縱向支撐的設(shè)計中予以考慮，但是事實上，橫向結(jié)構(gòu)的框架在受到橫向風荷載的同時，縱向風荷載也會對它產(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)計中，也應(yīng)該加入縱向風荷載造成的平面外彎矩。

（4）溫度伸縮縫設(shè)計要點分析。溫度會引起鋼結(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。當廠房面積足夠大，且溫度應(yīng)力也足夠大時，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房就會發(fā)生大的形變，產(chǎn)生危險，為了避免這種危險的發(fā)生，在廠房內(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)計情況而定。溫度縫的設(shè)置就把廠房分為了若干個溫度區(qū)段，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范則決定了每個溫度區(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)置一個滾動支座，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方式或者橢圓孔滑動方式。

4? 結(jié)束語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的合理設(shè)計關(guān)系到其質(zhì)量及建成后的應(yīng)用效果，對工業(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)計過程中，要對項目工程進行全面分析，從而保證鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的安全應(yīng)用。

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