浅谈门式轻钢结构在医药厂房中的应用

2011-09-28李文娟

化工与医药工程 2011年1期

关键词：轻钢钢架型钢

李文娟

（山西省医药规划设计院有限公司，山西太原 030001）

浅谈门式轻钢结构在医药厂房中的应用

李文娟

（山西省医药规划设计院有限公司，山西太原 030001）

在如今与时俱进的医药行业建设中，广泛采用轻钢结构厂房，然而，如何很好地把好设计关是我们每个设计人员的职责，笔者总结了多年来积累的一些设计要点。

轻钢结构；特点；设计；注意问题；相关处理

Abstract:In pharmaceutical industry, factory building is widely constructed with light steel structure. However, there is still some confuses how to validate the design. In this article, some highlight in the design which are cumulated in the author’s experience were presented.

Keywords:light steel structure; feature; design; point to be noted; relevant treatment

1 引言

《医药工业洁净厂房设计规范》（GB50457-2008）8.1.1条叙述：“建筑平面和空间布局，应具有灵活性。医药洁净室（区）的主体结构宜采用大空间或大跨度柱网……”。

门式轻钢结构即轻型钢结构建筑体系的一种结构形式，是以热轧轻型H 钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主，以各类高效装饰连接材料为辅组装而成的轻型全装配钢结构建筑。能满足医药洁净厂房特定使用功能和特定空间的需求。

然而，当我们在对方案做出决定之前，很有必要对其结构特点及一些应该注意的要点做一些了解。下面就笔者在多年的设计中，通过对钢结构的一些认识及其实践中表现出的优点、弊端以及应该引起注意的常见问题总结一下，与同行们共享。

2 轻钢结构的特点

轻钢结构是一种年轻而极具生命力的钢结构体系，轻钢结构与其他结构比较有下列特点：

2.1 安全可靠

钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，有良好的塑性和韧性，是理想的弹性—塑性体，符合作为计算基础的各向同性体的概念。因此，钢结构计算准确、可靠性较高。

2.2 工业化生产程度高

轻钢结构的制造虽然需要较复杂的机械设备和严格的工艺要求，但与其他结构比较，钢结构工业化生产程度最高，能成批大量生产，而且制造精确度高，采用工厂制造、工地安装的施工方法，可缩短周期，降低造价，提高经济效益。

2.3 抗震性能好

由于轻钢结构属于柔性结构，自重轻，因而能有效地降低地震效应及灾害影响程度，极有利于抗震。

2.4 易于拆卸搬迁

如果业主对所造厂址不满意或因外界环境发生变化，则整个建筑可在很短时间内拆迁，损失极小，符合环保、节能、节材的节约理念，符合可持续发展战略。而所有这些是钢筋混凝土结构所无法具备的。

2.5 施工周期短

由于轻钢结构的所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装，对一般规模不很大的医药厂房仅需45天至2个月，而若采用钢筋混凝土建筑则要8～12个月左右。

2.6 综合经济效益好

轻钢结构采用高效轻型薄壁型材，自重轻、强度高、占用面积小。而且大空间体系便于扩大柱距和提供更大分隔空间，可降低层高和增加有效使用面积。

2.7 保温、隔热效果好

由于维护结构采用了彩钢岩棉夹心保温复合板，使保温、隔热和隔音等效果都很好。

2.8 外观色彩多样

维护用彩色压型钢板是以镀锌板为基板又用硅酮作为表面，经两除两烘加工而成，型材经过镀锌、涂层后不仅耐久性较好，而且其丰富的色彩，使得建筑外观更优美，能给厂房及整个厂区带来活力，其优势较钢筋混凝土结构尤为明显。

鉴于上述原因，在如今与时俱进的医药行业建设中，也广泛采用轻钢结构厂房。上海世博会的诸多展馆，也采用了此结构，可见钢结构的优点与世共瞩。

3 门式钢架轻钢结构设计概述

作为建筑设计人员，应对门式钢架轻钢结构本身的结构要求、特点及相关规范有所了解，才能在方案前期给建设单位及工艺专业提供合理的指导性意见。为此，本人通过总结，特将该结构布置及其设计要点总结如下：

3.1 门式钢架的间距，即柱网轴线间的纵向距离一般为6 ～ 9 m。

3.2 门式钢架的跨度一般为9 ～ 36 m，高度一般为4.5 ～ 9 m。

3.3 门式钢架轻型房屋屋面坡度，一般取1/10-1/20，南方多雨地区可靠近取1/10。

3.4 门式轻钢结构的伸缩缝间距应符合：纵向温度区段（垂直钢架跨度方向）不大于220 m；横向温度区段（沿钢架跨度方向）不大于150 m。

3.5 柱间支撑的位置设在端部的第一或第二个开间，柱间支撑的间距一般取36 ～ 45 m。多跨门式钢架的内柱应设置柱间支撑。

3.6 柱间支撑设置时，平面布置应注意将隔墙设在柱间支撑处，门的位置也应尽量避开柱间支撑设置。

3.7 边柱的定位轴线一般取柱外皮。

3.8 门式钢架房屋的檐口高度，为室外地坪至房屋外侧檩条上缘的高度。

3.9 门式钢架房屋的最大高度，为室外地坪至屋脊处檩条上缘的高度。

3.10 门式钢架房屋的外墙，当设防烈度为小于等于8度时，可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体；当设防烈度为9度时，宜采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板。

4 轻钢结构的制作、安装及验收

4.1 焊接型钢应采用埋弧自动焊，焊丝采用 H08A配合高锰型焊剂，焊缝质量不低于二级。

4.2 焊接型钢上、下翼缘板不应设纵向拼接缝，要做到横向拼接，腹板纵向、横向均可拼接，但翼缘板和腹板拼接缝要错开200 mm以上，以避免焊缝交叉和焊缝缺陷的集中。端板、肋板等构件，不得拼接。所有支撑圆钢必须张紧，以保证可靠传力。

4.3 所有构件端面、焊缝端面均应打磨平整，保证外观质量。

4.4 焊接型钢制作时，要采取合理的工艺，尽量减少由于焊接产生的残余应力，并采取合理的方法校准构件的变形，以满足规范要求。

4.5 高强螺栓孔，要采用钻成孔，孔径比螺栓公称直径大1.5 mm。

4.6 现场扩孔和制孔：应尽量避免现场制孔，若必须现场扩孔，应采用钻孔。并采用扩孔器或大号钻头进行扩孔，孔壁须打磨光滑。

4.7 钢构件制作完成后，应按照施工图和（GB 50205—2001）规范的规定进行验收。钢构件的除锈和涂装应在制作质量检验合格后进行。

4.8 钢结构工程的验收，应在钢结构全部或空间刚度单元部分的安装工作完成后，按照施工图的要求和《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205—2001）的规定进行验收。

4.9 刚架在施工中应及时安装支撑，必要时增设缆风绳充分固定。

4.10 要求在整个制作和安装过程中，施工单位与设计人员密切配合。未经设计人员同意，不得对图纸、要求和规定作任何形式的修改。

4.11 要求施工时，严格按照设计文件、施工及验收要求，精心组织、严格控制、合理组织，确保安全。

所以，建筑设计人员，很有必要对门式钢架轻钢结构的制作、安装及验收有所了解，才能与业主有良好的有效沟通，才能更好的把好设计关。

5 轻钢结构的防火问题

《医药工业洁净厂房设计规范》（GB50457—2008）8.2.1条要求：“医药工业洁净厂房的耐火等级不应低于二级。”因此钢结构的防火问题就成了保证结构构件耐火性能与生产相适应的首要任务，从而减少火灾发生的可能性。

钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在550℃左右时，降低幅度更为明显，一般在15 min左右就会丧失承重能力而垮塌。

《建筑设计防火规范》GB50016—2006，二级耐火等级对应的主要构件耐火极限：柱—2.5h，梁—1.5 h，屋顶承重构件—1.0 h，所以应对这些构件采取耐火保护，使其在火灾时温度升高不超过临界温度，从而使得结构在火灾中能保正其稳定性。

在诸多方法中，最常用也最适合的是喷涂法。喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成保护层的一种施工方法。钢结构防火涂料的防火原理有3个：①涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中。②涂层吸热后，部分物质分解放出的水蒸汽或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。③涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，延缓了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构构件的耐火极限。

在喷涂钢结构防火涂料时，要特别强调喷涂的厚度必须达到设计值，节点部位宜适当加厚。

喷涂法为一种最简单、最经济、最有效的做法，其价格低、重量轻、施工速度快。此方法目前最适合于轻钢结构厂房，在满足规范要求的同时也能为广大业主所接受。

6 轻钢结构的防腐蚀问题

轻钢结构因壁薄杆细，一经腐蚀会严重降低结构的承载力，特别对薄壁型钢结构的防腐蚀问题更为突出。因此，在设计轻钢结构时，除在结构选型、截面组成以及钢材材质上予以注意外，尚应根据结构所处的环境及其重要程度，提出相应的防腐措施。通常有如下要求：

（1）屋面板要求镀锌涂层量275 g/m2

（2）檩条应采用热镀锌防腐，镀层标准应达到A级，镀锌量250 ～ 275 g/m2

（4）构件除锈后，首先应喷涂二道红丹防锈底漆，一般情况下都在制造厂涂刷二道底漆及一道面漆，运抵工地后再涂一道面漆。但连接接头的接触面不得涂漆，待安装完毕后对未刷底漆和损伤的部位均应补漆至两底两面。

（5）涂层干漆膜涂装应均匀，无明显起皱、流挂，附着应良好。漆膜总厚度不小于120 μm（弱侵蚀）、160 μm（中等侵蚀）、200 μm（较强侵蚀的重要构件）。

7 钢结构屋面防水问题

屋面防水始终是建筑设计中关键的问题。尤其是钢结构房屋，漏水问题尤为突出。所以，应该统筹考虑，对一些关键的位置进行处理，以达到事半功倍的功效。屋面漏水通常在下列部位：

（1）纵、横向搭接缝处；

（2）屋面螺钉、紧固件处；

（3）屋面的风机底座、排风口、透气窗等设备根部；

（4）屋脊盖板两侧；

（5）高低跨、女儿墙根部；

（6）屋面采光窗与金属屋面板的接缝处；

（7）屋面的排水天沟区域：a）落水口与落水管之间的接口渗漏；b）落水口标高不在最低位置、天沟长期积水，水槽焊缝处渗漏；c）落水口数量设计不足（或是口径小、异物堵塞），排水不及时，雨水从天沟水槽边缘与屋面板之间的空隙流入室内。

因此，要特别强调注意在设计时的节点选择以及施工时对上述部位的合理处理。

除上述应注意的环节外，根据以往经验，在严寒、寒冷地区最好采用外天沟排水。因为大跨度的屋面如果采用女儿墙内天沟，如果大量积水尤其是冬季积雪长时间不能排出去，很容易造成薄弱部位腐蚀、破坏而产生漏水现象，影响使用。所以，在结构本身保证有较好防水系统的同时，常常我们建议做外天沟。

8 屋顶悬挂荷载问题

屋面承重构件在洁净厂房要另外承受来自空调风管、静压箱、消防水管、电缆桥架、工艺管道等悬挂荷载，因此，要求在结构设计时不仅考虑相应的荷载，还要为上述构件的安装提供方便的支撑条件。尤其是A级B级洁净区，房间满布FFU时，使得屋面结构构件的吊挂荷载考虑要更安全合理才行。否则会造成结构构件的严重不均匀变形，影响环境的正常。