钢结构厂房设计总结和问题探讨

2020-02-16苗宏恩

建材与装饰 2020年3期

苗宏恩

（南京长江都市建筑设计股份有限公司江苏南京 210006）

1 钢结构厂房设计要点总结

1.1 钢梁设计要点

工业厂房一般跨度较大，可优先选用变截面H型钢梁，根据工程经验，变截面梁腹板高度变化一般取50mm/m，尽量不要超过60mm/m，否则需在不考虑截面抗剪屈服后强度的情况下计算截面高厚比，反而不能充分利用钢材。根据公路运输要求，钢梁一般每段不超过12m，分段拼接时，第一段建议为6～7m、第二段为12m，第三段自由调整，或者按弯矩要求进行分梁拼接。

常用的翼缘板校正机，校正最小宽度200mm，钢梁翼缘一般最小值取200mm，轻钢厂房梁和柱腹板优选采用6mm，带吊车厂房一般根据计算确定板厚。钢梁断面一般取跨度的1/12-1/25，梁高度H不要小于350mm，屋脊节点处断面梁断面取跨度1/25，门式刚架斜梁与柱相交的节点域需验算剪应力，因此在设计中应尽量做大截面，这样节点域面积更大，验算更容易通过。

1.2 钢柱设计要点

根据工程经验，常规厂房柱距若超过9m，屋面檩条和墙面体系用钢量会加大很多，对于普通的轻钢结构厂房，6m的柱距是相对节省的方案，因为此时采用普通的C/Z型檩条就可以解决问题，否则采用高频焊檩条，用钢量会大幅提高。

对于土质较差，地基承载力低且荷载较大的厂房，大部分工程都需要进行桩基施工，而打桩的费用在工程总价中所占的比重也是相当大的，在某种程度上，减少了柱基础也就直接减少了造价。此时可考虑采用大柱距方案。

钢柱平面外计算长度可通过设置通长系杆控制，对于轻钢厂房也可以设置墙檩隅撑，但效果不好。如果应力比超限不多，可采用如下方法解决：采用高强钢（如Q390钢材），在国内大型工程中已应用很多；采用钢梁－混凝土板组合梁结构；翼缘贴钢板也是可行的，只是不太经济；还可以考虑活荷载折减，考虑塑性发展系数等方式处理。

1.3 柱间支撑

第一开间建议设支撑，这样传递纵向力更直接，若第一开间要开门就设第二开间，第一开间设系杆。无吊车时一般柱间支撑间距为30～45m。

柱间支撑和屋面支撑都是交叉支撑时，二者一样，实际工作时一般是一个受压一个受拉，但建模计算时，可以认为杆件受拉，受压的退出工作，即认为柱间支撑和屋面支撑的杆件都按拉杆考虑。所以一般采用圆钢，但为保证安全，一般长细比取200。

柱间支撑一般只要平面内拉和压的长细比满足要求就可以了，平面外不用考虑。在多高层钢结构中的支撑由于抗震的要求，一般都是按照压杆设计的。柔性支撑只传递拉力，刚性支撑不仅仅传递拉力，也能传递压力，最明显的是长细比要求不同；张紧的圆钢作为柔性支撑时，其长细比可以受限，当其长细比满足受压构件的长细比时，是可以传递压力的。

1.4 屋面支撑

屋面支撑应搁在钢柱正上方的钢梁处，不要搁在钢梁上，否则传力不直接，钢梁截面增大很多。

张紧的圆钢可以作为屋面支撑，当受拉时，不考虑长细比限制，但当圆钢长度过长时（超过9m），下垂度很大，施工效果不是很好，此时采用角钢屋面支撑，需长细比控制，肢宽一般在100mm以上。圆钢和角钢与构件的夹角应在30°～60°范围之内，45°更好，但是前提是要保证受力，不要下垂。

屋面支撑一般是按照拉杆设计的，因为当另一个方向的支撑受压有可能失稳时，受拉支撑和系杆一样可以组成一个几何不变体系，不影响整体稳定性。一个支撑受拉时，另一个支撑受压，两个支撑都按受压杆设计是可以保证安全和稳定的。

2 工业厂房钢结构设计存在的问题和解决策略

2.1 防腐设计不符合相关标准

就目前来看，我国很多大空间工业厂房的钢结构因为防腐意识缺乏，后期维护不当，钢结构腐蚀严重，厂房安全性存在一定隐患。

常规钢结构防腐蚀设计可采用下列方案之一或其中几种的组合：防腐蚀涂料；各种工艺形成的锌、铝等金属保护层；阴极保护措施；耐候钢。

综合考虑环境中介质的腐蚀性、环境条件、施工和维修条件等因素，钢结构厂房防腐蚀设计方案一般为涂刷防腐蚀涂料。

钢结构防腐蚀采用的涂料、钢材表面的除锈等级以及防腐蚀对钢结构的构造要求等，需符合《工业建筑防腐蚀设计规范》和《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定，防腐蚀涂料要求具备良好的附着力，对焊接影响小，且需通过国内权威机构关于底漆干膜锌含量以及耐老化测试的第三方检测报告。针对不同环境要求的防腐涂料涂装方案需经设计认可以后方可施工。

钢结构在涂装前，必须将构件表面的毛刺、铁锈、氧化皮、油污及附着物彻底清除干净，采用喷砂、抛丸等方法彻底除锈，经除锈后的钢材表面在检查合格后，应在要求的时限内进行涂装。

2.2 防火设计不满足要求

钢材料在高温的作用下会降低钢结构的抗拉强度，最终使钢结构厂房出现变形的情况，如果温度高于500℃，就会大大提升钢结构厂房坍塌的可能性，另外，因为有的工业厂房中需要保持较高的温度，这种情况就会提高钢结构发生坍塌的问题。我国目前很多厂房对于耐火时间和防火维护方面考虑不足，导致防火问题存在隐患。

一般钢结构防火设计包括：建筑耐火等级；构件设计耐火极限；构件防火设计；防火材料的性能要求；防火材料的构造要求。钢结构的防火保护可采用下列措施之一或其中几种的复（组）合：喷涂（抹涂）防火涂料；包覆防火板；包覆柔性毡状隔热材料；外包混凝土、金属网抹砂浆或砌体。工业厂房一般采用喷涂（抹涂）防火涂料进行防火处理，在工业厂房设计中明确防火要求，把厂房发生火灾的危险性降到最低，使钢结构满足耐火极限的相关规定，同时专业的设计人员要采用合理的钢结构防火方式，达到保护钢结构的目的。

在钢结构厂房使用过程中，对于防火涂料要定时检查，确保及时修复，避免隐患。

2.3 吊车选型不当

合理的吊车配置可保证流程通畅、便于操作维修、使操作者安全，也能节能、节约投资。厂房吊车选型不合理，不满足起吊重量、起吊频率等工艺需求，同时层高、柱距、荷载也不能配合吊车选型做到合理配置，会造成较大的浪费。

吊车需按照工作的频繁程度分级，在考虑吊车繁重程度时，区分了吊车的利用次数和荷载大小两种因素，设计人按吊车荷载达到额定值的频繁程度分4个载荷状态（轻级、中级、重级、特重级），根据要求的利用等级和载荷状态，确定吊车的工作级别，共分8个级别作为吊车设计的依据，设计人员需根据工艺需求合理选择工作级别（轻级、中级、重级、特重级）和工作制等级A1～A8，同时要配合管道走向和尺寸，不影响操作和吊车行走的前提下合理确定吊车高度。