门式钢架的设计原则及方案选择探究
2018-04-02
(福建工程学院 福建 福州 350118)
一、门式钢架钢结构厂房的结构形式
(一)根据跨数分类
所谓跨，是指钢结构厂房两个立柱之间的部分，其长度称作跨度。通常情况下跨度L=N-1，式子中，L表示跨度，N表示立柱数量。根据跨数可以将钢结构厂房分为单跨式、双跨式、多跨式；跨数越多、跨度越大其体型越大，稳定性和整体刚度相对就越差。一般情况下，钢结构厂房跨度一般为9m-36m。
(二)根据坡度形式分类
根据坡度可以将框架上门式钢架结构厂房分为单坡、双坡、三坡、多坡等形式，结合之前的跨度，可以综合进行分类，将门式钢架结构厂房分为单跨单坡、单跨双坡、双跨单坡、双跨双坡等多种形式。每一种形式由于其结构特点不同，对于抗震、节能等方面的设计要求有所区别。
二、框架上门式钢架钢结构厂房的特点
(一)组合性特点
框架上门式钢架钢结构厂房实际上是钢筋混凝土框架结构和钢结构的组合形式，底层是钢筋混凝土框架结构，上层是钢架结构，一方面由于混凝土框架结构具有基础稳固、抗压能力大、耐腐蚀等特点，其在底部可以承受来自上部钢架结构传导的荷载，更好地进行防潮防锈蚀；另一方面上部的钢架结构由于其材质轻、结构灵活等特点，减少了厂房的自重和方便在工艺改装、产能扩充等需要时对厂房进行加阔和改造。组合性的特点集钢筋混凝土框架结构和钢结构的特点于一体，更好地发挥结构的优良性能。
(二)建设周期短，节约资源，更加环保
由于相比普通的钢筋混凝土框架结构，框架上门式钢架钢结构厂房在做好下部基础后基本上是工厂预制后，在现场进行模块化拼装，更加有利于控制施工进度。且钢结构的生产制作在工厂进行，相比钢筋混凝土结构，减少了混凝土的现场浇注、搅拌等程序，大大减少了建筑垃圾，更加环保。
(三)耐火性能较差
由于上部钢架结构的耐火性较差，导致整个框架上门式钢架钢结构厂房的耐火性能相比钢筋混凝土结构整体下降，钢结构在高温下易燃，这个特点是钢结构最大的弱点，也给框架上门式钢架钢结构厂房的优化设计带来挑战。
(四)耐腐蚀性能较差
由于钢结构在接触到水、氧气等物质时容易发生氧化腐蚀，腐蚀的直接后果是导致框架上门式钢架钢结构厂房出现锈斑，严重者直接产生空洞、断裂甚至垮塌。腐蚀严重影响着其结构安全，因此在框架上门式钢架钢结构厂房设计工作中应该充分考虑上部钢结构的耐腐蚀性能。
三、框架上门式钢架钢结构厂房的优化设计措施
(一)强化组合结构的接触面设计
为加强其垂直面上的整体性，框架上门式钢架钢结构厂房设计应该加强其接触面，即上部钢结构和下部钢筋混凝土框架之间的连接设计。如设计足够数量和强度，且对策分布的螺栓。以加强其整体性，充分发挥组合结构的优良性能，并进一步加强抗震尤其是抗击水平地震荷载的能力。
(二)屋面坡度和采光设计
框架上门式钢架钢结构厂房的屋面坡度对其排水、积雪等荷载的排泄能力有着重要影响。坡度太大往往会导致柱间距和厂房开间过小，影响了其有效使用面积。坡度太小会造成柱间距太大，宽度超过限值而出现横梁抗弯抗剪能力受到影响，进一步影响结构安全；且太平缓的坡度，容易造成其排水不畅，需荷载堆积造成屋面严重受压力和侵蚀。因此在设计时要根据实际严格核算其雪荷载、降雨量等因素，保证厂房的使用需求和安全性能不受影响。
同时，应重视厂房的采光设计，在维护结构上要设计合理的通风采光窗口，保证厂房的采光通风性能良好，便于使用且节能环保。
(三)耐火设计
正如前文所述，钢结构耐火性能较差，因此在框架上门式钢架钢结构厂房设计中，防火设计应该作为其重中之重予以考虑。耐火设计要满足如下几个方面的要求：一是使用的横梁、立柱、屋面板、维护结构等钢材耐火极限等防火指标要满足耐火相关规范要求；二是要进行必要的防火涂料处理，防火涂料在起火时会起到起泡、增厚等变化，以将钢结构与明火隔离，达到防火的目的；三是要配套设计消防系统，消防器材的配备要满足规范要求；四是要推广使用耐火性能优良的新型型钢、钢板等材料在框架上门式钢架钢结构厂房中的应用。
(四)防腐设计
和耐火性较差一样，易于腐蚀也是钢结构的主要弱点。其设计优化措施主要包括：一是使用耐腐蚀性能良好的钢材；二是做好防腐漆涂刷设计，由于目前情况下，钢材的种类和型号有限，新材料技术又往往导致造价较高，因此重点就落脚在了防腐设计上，防腐要多流程多层级进行，即要有必要的除锈打磨，不得在钢材上直接刷漆，且防腐要以多底多面的形式，底漆太薄容易导致防腐质量问题，在防腐要求特别高的场合，可以用底漆、面漆加分层打腻子的技术实行强防腐，确保其使用质量。
(五)混凝土框架设计
底层混凝土框架结构是框架上门式钢架钢结构厂房的基础和根基，要强化其设计措施。要使用较高标号的水凝，加强其抗压能力，底层框架结构柱子截面要满足设计要求，接触面的预埋铁件强度要大于上部钢结构的强度。混凝土要养护到位，不得出现质量通病，影响其结构安全的美观。
四、结论
框架上门式钢架钢结构厂房在多种生产企业得到较为广泛的应用，根据其跨数、坡度等因素可以将其分为很多种类。框架上门式钢架钢结构厂房具备组合性、建设周期短，节约资源、耐火性能较差、耐腐蚀性能较差、抗震性能好等特点，设计者应该根据这些特点，对其上下两层结构的接触面、通风采光、防火、防腐、混凝土框架等采取优化设计措施，以实现其质量、安全和经济目标。
