厂房钢结构设计研究

2015-03-11蒋滔滔

城市地理 2015年12期

蒋滔滔

(宜兴市建筑设计研究院有限公司，江苏宜兴 214200)

随着我国工业生产的迅速发展，厂房规模和数量也呈逐年上升趋势，各行各业的厂房均向着大柱距、大跨度的方向发展。早期的工业厂房结构以钢筋混凝土为主，但其施工周期较长，所需建筑材料也较多，因而被大多数生产企业所淘汰［1］。随着新型建筑材料的推广使用，钢结构因其强度高、自重小、施工周期短、节能环保等优势开始取代钢筋混凝土成为主流厂房结构。通过近几年的钢结构设计施工实践，在设计过程中往往存在一些重点难点问题，包括结构选型、结构计算等内容，这些问题深刻影响着厂房钢结构的施工安全和质量。

一、厂房钢结构应用特点

钢结构分为重钢和轻钢两类，关于重钢和轻钢的界定尚没有统一的行业标准，一般将厂房起吊重量在25t以上的认定为重钢结构。重钢主要应用于石化厂房、电厂厂房等跨度较大的厂房结构中，轻钢则主要应用于小型厂房、站棚等跨度较小的结构中。

(一)自重轻施工简便

当钢结构与其他建筑材料的跨度、荷载相同时，其屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架的三分之一，因此，运输、吊装、施工起来更加便捷，可大幅度的降低运输和施工成本。钢结构可满足厂房的较大跨度需求，最大跨度直径可达48m。钢结构组成材料的成品性较大，施工中可由专业化的金属构件直接拼装而成，节约了人力、物力，大大缩短了施工周期。

(二)钢结构可回收利用更加节能环保

由于钢结构金属网架下面闲置空间较大，可布设消防管道、给水管道、通风管道、压缩空气管道等多种管道，因此，应用钢结构的厂房，可充分利用其上部闲置空间，节省多余的管道安装费用，有效节约建筑成本。钢结构是一种利用率较高的建筑材料，可实现多次回收利用，且安装过程中不会产生粉尘和噪声污染，拆卸也比较容易，拆除的金属构件可直接回收，因此，具有较高的循环利用价值［2］。

二、厂房钢结构设计准备工作

(一)钢结构选择

考虑是否可以采用钢结构作为厂房主结构之前，设计人员应当首先按照现场实际测量数据，判断该厂房是否适合钢结构施工，以及采用钢结构是否存在安全隐患等，只有其适用性和安全性确定无误后才可考虑钢结构厂房。

(二)钢结构评估

设计师需要根据实际测量数据建立相应的力学模型，分析钢结构构件受力情况，预估厂房梁柱支撑断面参数，最后确定采用轧钢、H型钢、槽钢中的一种或多种。

(三)钢结构设计综合分析

确定设计方案后，应当评估厂房钢结构是否符合施工标准，并反复比对重要设计参数，判断施工周期是否符合施工要求，分析钢结构总剪力、结构受力变形情况。

三、厂房钢结构设计要点

(一)防火设计

钢结构厂房的防火能力要弱于钢筋混凝土厂房，钢结构抗拉强度会随温度升高而逐渐降低，甚至出现塑性增大的情况，当环境温度升高到250℃以上时，钢结构金属构件就会产生徐变现象，当温度达到500℃时，钢材强度会降到最低值，导致整个厂房坍塌。因此，在进行厂房钢结构设计时，有必要严格按照防火规范，确定厂房发生火灾的危险等级，选择耐火极限符合要求标准的建筑钢材。厂房钢结构实践中，应用最广泛也是最有效的一种防火方式就是在钢结构表面涂抹一层防火涂料，以此提高钢材的耐火极限，当火灾发生时，防火涂料可以起到隔热作用。

(二)协调好钢结构设计与厂房工艺设计

钢结构厂房是企业生产中的一个重要区域，如果钢结构厂房与整个生产模块的工艺设计不协调，就会影响正常的生产作业。钢结构厂房与工艺设计的不协调主要表现在:钢结构厂房墙体厚度和高度不符合工艺设计指标、钢支架分布情况不合理等［3］。钢结构的钢支架分布形式一般有网架、平面桁架、空间桁架、塔桅、索膜、框架等几种，设计人员需要按照企业的实际建厂条件和建筑要求，选择合理的钢支架形式。除了钢支架形式外，钢材也是影响其建筑性能的重要因素。不同的钢材其结构性能不同，例如，无缝钢管中含有中空截面，可作为液体输送管道，圆钢为实心钢材，可起到稳定钢结构的作用。因此，在具体选择何种钢材时，需要考虑其与厂房的工艺设计要求是否相符。

(三)重视钢结构计算过程

钢结构计算一般采用的是结构设计中的计算程序，计算结果评估是钢结构设计中的重要组成部分，对不同软件的计算结果进行对比分析，最终选择最合适的截面有利于成本的节省。荷载取值时，对于降雪量较大的地区，设计人员应当根据本地区的实际降雪情况，考虑适当增加钢结构荷载，检验荷载最大值是否可以承受最大量的降雪。构件设计时，应充分重视净截面、长细比这些概念的重要性。连接设计时，应根据施工条件等选择合适的连接方式，若采用承压型连接，则考虑到承压力和剪切力两方面的要求，螺栓不得安装在剪切面上，此时须讨论其连接位置是否合理，是否施工方便。