鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

胡嘉(中國(guó)成達(dá)工程有限公司，四川 成都 610041)

0 引言

工業(yè)廠房是所有工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)各種材料、加工各種產(chǎn)品的建筑。工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇，對(duì)它的功能來(lái)說(shuō)都是非常重要的。同時(shí)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和能否進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的管理也同樣重要。本文就工業(yè)廠房設(shè)計(jì)過(guò)程中采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析和闡述，提出關(guān)鍵點(diǎn)。

1 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)概述

1.1 鋼材本身的優(yōu)點(diǎn)

鋼材是我國(guó)工業(yè)化建筑生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的一個(gè)產(chǎn)物，這種材料具有的特性十分明顯。因而在我國(guó)的很多基礎(chǔ)建設(shè)和設(shè)備的制造過(guò)程中，都有經(jīng)常使用這種材料[1]。鋼材具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性，是因?yàn)樵阡摬牡纳a(chǎn)過(guò)程中，要先進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)，然后嚴(yán)格控制提煉鋼材的過(guò)程，增強(qiáng)了鋼材這種材料本身的穩(wěn)定性、耐磨、抗壓性。

1.2 組裝時(shí)候的優(yōu)點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)還具有超強(qiáng)的承載力，跟混凝土結(jié)構(gòu)的相比，同重量鋼結(jié)構(gòu)的承載力是超過(guò)了混凝土的，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，那就是鋼材的比重更小，與混凝土相比，鋼結(jié)構(gòu)組合的質(zhì)量只是混凝土結(jié)構(gòu)的1/3。

鋼材制作的結(jié)構(gòu)本身還具有一定簡(jiǎn)便性和良好的自身特性。鋼材可以在后期拆卸的時(shí)候進(jìn)行二次回收利用，在一定程度上節(jié)省了材料。在這個(gè)節(jié)省材料的過(guò)程中，還減少了拆遷時(shí)的材料損耗?？梢怨?jié)約人力、物力和財(cái)力的成本[2]。鋼材制作的結(jié)構(gòu)體，在各種產(chǎn)品當(dāng)中，最常見(jiàn)的組合方式是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)廠房的機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行回裝。

2 鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)

2.1 主要應(yīng)用的設(shè)計(jì)地方

鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要用于這些地方：

工業(yè)廠房的屋頂：針對(duì)屋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要是由于鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用在這些地方可以增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)主體的穩(wěn)定性。而工業(yè)廠房的屋頂除了穩(wěn)定性，還需要耐熱性，在大部分的工業(yè)廠房里，需要進(jìn)行的都是一些大規(guī)模熱化反應(yīng)的過(guò)程，而鋼材本身的特性就剛好決定了采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屋頂是非常適合的。在這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意的不只是針對(duì)屋面結(jié)構(gòu)支撐效果的設(shè)計(jì)，支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)好了，同時(shí)對(duì)屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)也是如此。屋面作為整個(gè)廠房里相對(duì)重要的結(jié)構(gòu)，它的穩(wěn)定性和其他方面的設(shè)計(jì)，都是需要注意的地方。例如，屋面的防水、排水方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就需要進(jìn)行著重的分析和判斷，以防止它出現(xiàn)滲漏的問(wèn)題[3,4]。

工業(yè)廠房的柱子：工業(yè)廠房的柱子很多時(shí)候都是通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)的組織架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)的。而對(duì)于工業(yè)廠房來(lái)說(shuō)，柱子的承重量和承重的強(qiáng)度，也是設(shè)計(jì)師需要非常關(guān)注的地方。在工業(yè)設(shè)計(jì)上面來(lái)說(shuō)，柱結(jié)構(gòu)一般分為：截面柱、階梯型柱子和分離式的柱子等3 種形式的柱子。但是，在通常的情況下，工業(yè)廠房會(huì)比規(guī)范里多一些要求，那就需要設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的薄弱處進(jìn)行加強(qiáng)或變更結(jié)構(gòu)的受力方式等。

2.2 設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的注意點(diǎn)

利用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工業(yè)廠房的時(shí)候，需要的不僅僅是在結(jié)構(gòu)上滿足工業(yè)廠房的日常功能使用的需求，更加需要的是滿足美觀和經(jīng)濟(jì)方面的需求。因此，在這個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，這幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)需要著重的注意。

2.2.1 防火設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)中，鋼結(jié)構(gòu)的防火性能可以說(shuō)是非常的好，在150℃的溫度之下還能夠保持著自身的穩(wěn)定性，但是在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)行為當(dāng)中，溫度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于150℃的，因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，前提是需要考慮對(duì)鋼材的加工方面的選擇。當(dāng)溫度達(dá)到250℃的時(shí)候，鋼材的特性將會(huì)發(fā)生天翻地覆的變化，容易呈現(xiàn)出脆性。因此，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員，必須要對(duì)鋼材的處理和組合進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，提高工業(yè)廠房在日后使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。

常用的防火設(shè)計(jì)的做法是：在鋼結(jié)構(gòu)的外表添加一層外包層，通過(guò)外包層的高熔點(diǎn)來(lái)保護(hù)內(nèi)部的鋼材的穩(wěn)定性。常見(jiàn)的方法為利用石灰水或者是石膏砂漿，再摻入一點(diǎn)石棉形成包漿的鋼材的保護(hù)層，通過(guò)這種保護(hù)層的厚度形成足夠的耐熱性，提高鋼材結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)考慮到未來(lái)火災(zāi)情況，鋼材本身的空間就可以更好的及時(shí)充水，從而在一定的程度上可以防止火災(zāi)災(zāi)情的擴(kuò)大。空心內(nèi)的水還可以進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)，使鋼材內(nèi)部的降溫速度變快。通過(guò)這種方式，可以在很大的程度上提高廠房的結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2.2 防腐設(shè)計(jì)

鋼材的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，那便是質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還可以二次回收利用，安裝工序不繁瑣。但是，這個(gè)同時(shí)，也是需要有一定的防腐設(shè)計(jì)的。鋼材本身的一些優(yōu)勢(shì)，在后期的長(zhǎng)期風(fēng)水雨淋的過(guò)程當(dāng)中，非常容易出現(xiàn)被腐蝕的情況。為了提高工業(yè)廠房的使用壽命，同時(shí)提高鋼結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性，還需要對(duì)工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)做一些額外的防腐設(shè)計(jì)。通過(guò)這樣的防腐設(shè)計(jì)來(lái)讓我們廠房的使用時(shí)間更長(zhǎng)。那么，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，常用的增加防腐性能的工藝是什么呢？在很多時(shí)候，我們常常采用鋼材本身的性能來(lái)進(jìn)行防腐性能的設(shè)計(jì)。工業(yè)廠房的鋼材防腐除了在鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷防腐涂料外，還可以采用鍍鋅的方式來(lái)進(jìn)行防腐。鍍鋅的方法是：將鋼材和相關(guān)的構(gòu)件放入600℃左右的鋅水里，讓鋼材和相關(guān)構(gòu)件的表面上，能夠通過(guò)這種方式形成一種復(fù)合的保護(hù)層。通過(guò)鍍鋅的方法，將鋼材的表面保護(hù)起來(lái)，不僅可以防腐，還可以避免鋼材本身容易被銹水的侵蝕的問(wèn)題得到解決。在鍍鋅過(guò)后，再在相關(guān)鋼材的表面涂上一層環(huán)氧樹(shù)脂和鋁涂層的膜，形成復(fù)合的保護(hù)層，可以在更大的程度上保護(hù)鋼材不受到腐蝕。

2.2.3 抗震設(shè)計(jì)

工業(yè)廠房除了需要滿足使用功能之外，更重要的是要滿足基礎(chǔ)功能。其中抗震性的設(shè)計(jì)是少不了的。鋼結(jié)構(gòu)廠房的自振頻率與廠房?jī)?nèi)大型振動(dòng)設(shè)備相近時(shí)，會(huì)大概率發(fā)生共振的現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。因而，要排除這種情況的發(fā)生，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以抵抗這個(gè)不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

這個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要有3 種方法。第一種是設(shè)備與鋼結(jié)構(gòu)連接的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)的布置，釋放設(shè)備附加給鋼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)應(yīng)力。第二種方法就是提高鋼結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)本身抵抗側(cè)邊共振強(qiáng)度的能力，這樣可以在一定程度上減小鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形。第三種就是在較長(zhǎng)的多層鋼廠房中，設(shè)置抗震縫，避免出現(xiàn)整個(gè)廠房位移過(guò)大而倒塌的情況。因此，在這種設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要考慮多種情況的綜合，將安全性提升到最高。

2.3 輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

除了在主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，需要注意以上的那些要點(diǎn)之外，還需要在輔助結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上注意一些方面的點(diǎn)。這些輔助設(shè)計(jì)的點(diǎn)都是非常重要的。主要有以下幾個(gè)方面需要注意：(1)鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的做法工藝設(shè)計(jì)；(2)鋼結(jié)構(gòu)橫截面和荷載能力截面的設(shè)計(jì)計(jì)算；(3)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)鋼材本身材料的源頭選擇。這里的每個(gè)因素都是非常重要的。設(shè)計(jì)工作本身就是一件非常嚴(yán)肅的事情，而鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，正在創(chuàng)新與實(shí)踐的過(guò)程當(dāng)中不斷完善的。因此，這些建議也應(yīng)該注意。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)材料對(duì)于工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)具有非常多的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)主要還是針對(duì)舊材料的使用來(lái)說(shuō)的。但是，在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員就需要著重的設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的一些外在可能會(huì)出現(xiàn)的因素，如防腐性、抗震性、抗熱性等，通過(guò)把這些細(xì)節(jié)進(jìn)行完善，提升設(shè)計(jì)出來(lái)的工業(yè)廠房的質(zhì)量。