钢结构工业厂房设计及施工问题的探讨

2021-11-21郭春

建材发展导向 2021年2期

郭春

（山西省机电设计研究院有限公司，山西太原 030009）

就建筑行业目前发展趋势而言，钢结构工业厂房的设计和施工技术日趋成熟，各方面的优势逐渐凸显，钢结构在实际建设过程中的应用越来越广泛。

1 钢结构工业厂房所必备的优点

钢结构工业厂房与传统的工业厂房相比具有许多突出的优势。在施工过程中，由于钢结构构件通过连接方式在现场进行安装，主要构件在车间制造，而传统材料的厂房需要较长的建造时间，因此钢结构建造方式大大节省了施工时间。同时，钢结构工业厂房具有重量优势，仅占传统混凝土结构厂房重量的70%，可以有效地降低厂房对地基的压力，在一些地质复杂地区，钢结构还具有良好的抗震性能，可以提高厂房的安全系数［1］。此外，钢结构厂房的构件在制造过程中污染少，安装工艺基本上实现了零污染，钢结构构件在使用寿命内可以重复使用，这一优点充分体现了建筑行业绿色环保理念，为建筑行业的可持续发展做出了巨大贡献。

2 钢结构工业厂房设计过程中应遵守的规则

在钢结构工业厂房设计过程中，隔热系统、支撑系统、防火系统是非常重要的部分，对厂房的实际施工和后续使用有着直接的影响［2］。支撑系统是钢结构主体骨架，只有科学的设计主体支撑结构，才能保证厂房的安全性、抗震性。在设计时应考虑整体结构的刚度、柱的承载力，以避免整体结构发生倾斜和变形问题。此外，还应根据厂房空间进行整体布局，以厂房高度、纵深等要素合理布置支撑体系，以确保厂房的稳定性，同时满足横向支撑体系相协调要求。由于钢结构比传统的建筑材料具有更好的热导率，因此隔热系统应该引起足够的重视，根据工业厂房的实际功能，科学应用保温隔热材料，并做好防火措施，以提高钢结构厂房的安全系数。

3 钢结构工业厂房设计中应注意的问题

3.1 根据保温隔热与防火要求进行设计

钢结构由于钢材优良的热导率，对温度非常敏感。因此，在设计过程中应注意钢结构工业厂房的隔热处理，如果所设计的隔热措施缺乏科学性，不仅无法保证厂房内部的实际温度，而且会造成后期使用过程中大量的经济负担［3］。此外，由于一些工业生产加工需要在高温条件下进行，所以有必要对钢结构保温系统采取防火措施。一般来说，主要采取两种措施来进行防火处理。一种是在钢结构表面涂上一层防火材料，另一种是直接使用良好的耐火材料。

3.2 立面设计需要注意的问题

对于采用轻钢结构的工业厂房，其在尺寸、颜色、变化和线条方面具有明显的特点。彩色压型钢板虽然可以突出轻钢结构的丰富色彩，但立面设计会对施工工艺、造型产生制约作用，在追求立面色彩的同时也会相应的增加工程造价［4］。为了避免这些问题，在设计钢结构立面时，建议设计人员尽量选应冷色调，这不仅可以提高工业厂房的感官性，同时也使整体结构更具立体性。

3.3 抗震性能设计需要注意的问题

在工业钢结构厂房的抗震设计中，主要有三点注意事项：一是结构的刚度必须均匀分配，否则会降低抗震性能；二是科学设计支撑结构的承载力，避免发生倾斜、变形问题；三是在考虑地震对钢结构影响的基础上，使结构始终处于塑性工作状态［4］。

3.4 温度伸缩缝设计需要注意的问题

由于钢结构建筑材料的独特性，其温度变化比其他类型的建筑材料更为敏感，在温度变化的影响下，钢结构极易发生变形问题，而材料和温差等因素会对变形程度产生直接的影响。一般来说，钢结构工业厂房有较大的平面尺寸，则应将温度伸缩缝设计在纵向或横向位置处，通常会采用双柱的设计，如为横向温度伸缩节，框架梁和檀条连接时建议采用滑动槽钢夹板方法；如为纵向温度伸缩节，建议在屋架支撑部位设计滚动支撑结构。

3.5 屋盖支撑系统及屋面设计需要注意的问题

钢结构工业厂房屋顶支撑体系的布置，应综合考虑厂房高度、跨度、柱网布置、吊车吨位、设备条件、屋顶结构形式等因素［5］。一般而言，屋盖结构必须设计垂直支撑结构，同时屋架上弦杆也应设计相应的上弦支撑结构，如果工业厂房屋架间距大于12m，或是厂房内部需要使用大型振动设备，则应设计纵向水平支撑结构。在屋面设计中，经常采用以下两种方法：一是由保温层、防水层、隔汽层和屋面彩钢板内板组成的复合柔性钢屋面系统，此结构受温度因素影响小，但工程造价较高；二是采用双层彩钢板加保温棉，此形式较为普遍，但受温度因素的影响较大，容易出现膨胀收缩现象。

4 钢结构工业厂房施工中应注意的问题

4.1 箱型柱制作组装应注意的问题

1）为了保证钢结构箱体的平整度，必须采用多头自动切割机对箱体的四块主板进行切割，采用滚剪倒角机对机械坡口进行加工，并利用矫正机对板进行矫直。2）在放样刨铣加工中，工件应留有5mm的位置进行加工余量，应按规定的方向取用号料，尽可能节省材料，这不仅便于进行零件切削，而且能够最大限度的满足零件安装要求［6］。3）加强板和工艺隔板装配在箱体主板的装配平台上，工艺隔板之间的距离控制在1000mm至1500mm范围内，一般将主板、加强板、工艺隔板用二氧化碳保护电弧焊或手工电弧焊焊接在一起，从而实现U型装配。4）二氧化碳气体保护焊采用保护焊打底和埋弧自动焊填充方式进行，并确保立柱材料和坡口形式应与焊件相同。焊接完成后，用气割方法切割引弧和引出板。

4.2 钢结构选材应注意的问题

钢结构虽然具有热导率高的特点，但也有许多优势。钢结构选材应保证材料认证文件完整有效，同时也要符合设计要求和材料质量检验规范。用优质碳素钢和低合金钢制作连接套时，材料的抗拉承载能力标准值要比受拉承载标准值大1.2倍，直径应为钢筋直径的两倍［7］。

4.3 制作安装框架梁应注意的问题

框架梁的上下翼缘钢柱应为贯通式，内部必须设置横向加劲肋。钢柱、框架梁一般采用刚性连接，高层框架梁采用H型钢梁。在工厂生产中，通常将悬臂梁放置在框架梁的位置，然后将悬臂梁上下翼缘和钢柱焊接成一个横截面，腹板焊接成贴角焊缝，这是为了保证钢柱和框架梁节点区域具有良好的延性。钢柱悬臂梁的上下翼缘应采用衬板和框架梁全熔透焊缝，腹板用高强螺栓连接。在此过程中应注意的是，设计长度不等于框架梁下料的长度，而应根据焊接收缩变形问题考虑下料长度，然后采用实验式计算校核，以确定准确长度。目前，我国普遍采用多轴数控钻削和模板钻孔方式，与模板钻孔相比，多轴数控钻孔的孔位精度不如模板钻孔。因此，一般以模板钻孔为主。在模板钻孔过程中时，必须保证现场安装孔和高强度螺栓孔的装配精度要求，一旦钻孔位置出现局部偏差问题，应采用铰刀扩孔的方式，严禁使用气割扩眼。

4.4 梁及连接板安装应注意的问题

首先，在构件上标出孔的直径和中心，并在孔周围90度位置打四个孔，然后检查孔的大小。其次，用喷砂处理高强度螺栓摩擦面的表面粗糙度。用电动砂轮磨削钢板表面时，应注意表面不要有明显的凹坑，磨削范围应控制在螺栓直径的4倍以上，磨削的方向应与受力方向一致。最后，用钢板切割机加工为型钢，并清理磨渣，实施安装作业。

4.5 地脚螺栓埋设应注意的问题

在钢结构工业厂房施工过程中，应确定地脚螺栓的精度，并根据地脚螺栓的埋设数据严格进行安装作业。相关数据表明，脚螺栓埋设的轴线位移应为-2.0mm，标高应为-5.0mm。安装地脚螺栓后，应将标高记录在钢管架上，以为后续施工提供参考［8］。为了提高脚螺栓安装的精度，必须保证轴线位置与桩基表面完全接合。

4.6 钢柱吊装施工应注意的问题

在钢柱吊装施工中，要求起重机的性能能够沿钢跨中部或侧部运行。当提升半径为L/2时，可选择中间跨度吊装，用起重机缓慢提升两根柱子。吊装完毕后，在机器停车处安装四根立柱固定支撑体统。当吊装半径小于L/2时，可选择侧部跨度吊装，每次吊装完毕可安装一根立柱，直至四根立柱完全安装完毕。另外，在安装过程中，柱与柱之间要进行适当的支撑，以保证吊装的稳定性，并对钢柱轴线进行适当调整，保证轴线位置符合标准要求。在全部安装完毕后，使用专用角尺进行检查，当位置不符合标准轴线要求时及时重新定位，以确保误差在-3毫米以内。