多层轻钢结构工业厂房的设计与应用分析

2017-09-12曾长生

河南建材 2017年4期

关键词：压型轻钢厂房

曾长生

厦门新长诚钢构工程有限公司（361022）

多层轻钢结构工业厂房的设计与应用分析

曾长生

厦门新长诚钢构工程有限公司（361022）

多层轻钢结构在实际应用中会出现钢结构腐蚀、漏水等现象，因此必须加强多层轻钢结构厂房设计水平。设计时，设计人员要认真分析多层轻钢结构厂房的特点、结构布置合理设计和施工，以提高厂房质量。

多层轻钢结构；工业厂房；设计

与钢筋混凝土厂房相比，多层轻钢结构厂房的用钢量少、自重轻、抗震性能强、施工简单。多层轻钢结构厂房集设计、制造和施工为一体，施工速度快，节能效果显著。

钢结构是一种绿色环保材料，建筑结构使用螺栓连接，不会产生噪声和建筑垃圾。因此，在工业厂房中广泛应用。

1 多层轻钢结构工业厂房的特点

1.1 采用轻型围护结构

多层轻钢结构采用带有彩色涂层的压型钢板和夹芯金属板，保温隔热效果好，外形美观，已经完全取代传统的多层厂房砌体围护墙体。轻型围护结构是多层轻钢结构厂房中的主要围护材料，这种材料能降低钢结构的自重和承载力。

1.2 层高与柱网尺寸大

与一般的民用高层建筑相比，多层轻钢结构高度在4～8 m，所以一个4层的厂房可能就相当于民用建筑的8层。多层轻钢结构厂房内部空间大，柱距一般为6～12 m，有时候甚至高达18 m。

1.3 施工周期短

与传统的混凝土厂房相比，多层轻钢结构厂房设计、生产、施工一体化，现场不需要进行焊接，所以极大地提高了施工效率，施工周期短，资金流动速度快。

2 多层轻钢工业厂房的结构布置

2.1 柱网布置

传统建筑工程的柱距模数一般为3 m、6 m、9 m、12 m等。但是多层轻钢结构厂房钢架的，柱距模数为4.5 m、7.5 m、9 m、12 m等。钢架的跨度则根据厂房的实际情况设置。

2.2 结构体系

多层轻钢结构厂房一般采用弓形或者箱形柱的空间框架，构件大多数都是钢板焊接，这种结构体系的侧向刚度小，需要设置侧向支撑。或者根据电梯井的布置，采用框架抗剪桁架结构或者框架钢混剪力墙结构，这种结构能够对建筑水平位移进行控制。比如，某电子装配厂为多层钢结构厂房，厂房长84 m，宽28 m，建筑总面积为10 782 m2，厂房平面图形为矩形。该建筑主体部分一共有4层，局部6层，首层层高7 m，二层层高为6 m，三层层高为5.1 m，四层层高为5 m。该厂房的主承重结构为三跨工形截面钢框架结构。

2.3 结构楼板的选用

多层轻钢结构厂房的楼板必须具备一定的刚度、承载力。常用的形式有压型钢板组合楼盖和预制板叠层组合楼盖。压型钢板组合楼盖是在钢梁上铺设压型钢板，然后在钢板上浇筑厚度为100～150 mm的钢筋混凝土。钢梁和压型钢板用螺栓连接。所以在设计的时候，要考虑到钢梁和楼板的组合方式，这样能降低钢梁的用钢量，提高楼层净高。预制板叠层组合楼盖则是在钢梁上铺设预应力钢筋混凝土薄板，然后在薄板上浇筑厚度为100～150 mm的钢筋混凝土。这种结构省去了压型钢板，降低了钢材的用量，因此有利于降低整个厂房的造价[1]。

3 多层轻钢结构工业厂房的设计与施工

3.1 图纸设计的重要性

多层轻钢结构工业厂房设计图纸是厂房施工的前提和基础。在设计过程中，首先，结合施工场地的自然环境、地形地貌、水文条件、天气等因素，制订科学的施工方案。其次，在设计过程中，要考虑钢结构材料的运输、使用刚度、强度和稳定性能否满足厂房的施工要求，并做好防腐蚀和防火等措施。在设计图纸中，还要对钢结构的型号、连接件的型号、材料使用年限等进行说明，这样才能确保多层轻钢结构厂房的适用年限。最后，为了确保厂房的设计图纸符合厂家的生产要求，图纸设计好以后，还要进行图纸会审。设计单位联合建设单位、生产厂家对图纸进行会审。生产厂家结合生产的特点，及时调整设计图纸，确保设计图纸的最优化，减少施工过程的设计变更，从而有效控制厂房施工成本。多层轻钢结构工业厂房设计过程中，还要根据制作环节和安装环节编制工程施工组织设计方案，包括厂房制作各个子项目的工艺要求和技术要求，从而确保各个环节符合设计要求。

3.2 对多层轻钢结构工业厂房的抗震性设计

我国是一个地震活动频繁的国家，地震活动会造成建筑出现倒塌、塌陷、建筑结构断裂等现象。工业厂房人群密集，如果厂房出现质量问题，一旦发生地震，可能造成大量人员伤亡。因此，必须做好工业厂房抗震设计。抗震设计主要从以下几个方面考虑：第一，按照厂房结构的质量和刚度总体布置，确保厂房各个部分受力均匀，以免钢结构受力不均匀影响结构的抗震效果。厂房横向结构可以使用钢架或者梁柱框架，以减少建筑横向变形。第二，多层轻钢结构厂房杆件强度不足往往是由于杆件失稳造成的，所以必须合理布置钢结构的支撑系统，确保钢结构厂房整体框架的稳定性。第三，提高钢结构薄弱环节的抗震性能。地震发生时，厂房钢结构薄弱环节首先受到地震波的冲击，发生变形、断裂等现象。所以在设计的时候，要适当提高薄弱环节钢结构的延性、刚性，减少地震作用对建筑的扭转作用和侧向位移力。

3.3 多层轻钢结构工业厂房防腐、防火设计

钢结构由纯铁、碳以及其他杂质构成，其中纯铁占99%。钢结构长期裸露在空气中，很容易受到自然环境下的雨水、空气等的腐蚀，很容易生锈，从而影响到钢结构的使用寿命。因此，必须对钢结构进行防腐蚀处理，防腐处理可以采用涂装方式，涂防锈底漆和面漆。钢结构室内的防腐蚀涂层一般厚度在100 um，室外的钢结构材料涂抹厚度在150～200 um。如果厂房处于强酸环境中，则使用专用的防酸漆，降低酸性物质对钢结构的腐蚀。按照国家建筑行业的相关规定，钢结构材料的表面防腐蚀的等级为A、B、C、D。在设计过程中，根据工业厂房的实际需求确定防腐蚀等级。

钢结构厂房的防火性能差，当钢材温度在100℃以上，钢材的抗拉力强度降低，塑性提高；温度达到250℃，钢材抗拉强度稍微提高，塑性降低，会出现蓝脆现象；温度超过了250℃，钢材会出现徐变；温度超过500℃，钢材强度降到最低，钢结构很容易出现坍塌现象。因此，钢结构超过150℃时，要作防火处理，可以在钢结构上涂抹耐热涂料。

3.4 多层轻钢结构工业厂房施工时对轻钢屋面的保护措施

多层轻钢结构厂房施工过程中，可能会造成屋面漏水、漏雨现象。因此要做好屋面的防水措施。首先，确定房屋的坡度，屋面檀条高度设计为最高高度，避免屋面不均匀出现下挠。其次，作好屋面结构细节处理。泛水板与彩色压型钢板使用塔接方式连接，塔接部分设置堵头和挡水板。施工时，钢板向上翘30°，可以防止屋面漏水。外天沟一端用墙板支撑，另外一端则用槽型件支撑，确保天沟的深度、两端作好溢水处理。