钢结构工业建筑设计的实践分析

吴 敌

(黑龙江省林业设计研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

最近几年我国工业发展的态势迅猛，加之各类钢结构设计技术和加工工艺的出现，很大程度上促使钢结构设计在工业建筑、工业厂房、火力发电等行业的建筑领域有了更多的应用。钢结构设计拥有施工快速、节省工期、价格较低的优势，但也存在些许问题和不足，只有充分认识其优劣势所在，才有可能在后续的厂房建筑、结构设计中，对其采取更为有效的利用。

1 钢结构设计的优势和劣势

1.1 钢结构设计的优势

1.1.1 钢结构开间较大

目前国内大部分工业厂房的设计规模较大，而钢结构因为本身可以承载大跨度的设计要求，故而被多数厂房设计者所选择及应用。与传统的混凝土结构相比，钢结构的设计跨度更大。这种有别于传统的带有一定突破性质的性能，促使钢结构可以实现超过150m的横向及300m的纵向温度区段，能够满足大部分工业厂房建设过程中在温度变形方面所提出的要求。

1.1.2 钢结构的重量相对较小

钢结构质量较轻，有效克服了混凝土结构所具有的抗震性低、工艺繁琐等缺陷。由耐腐蚀性较强的冷轧镀锌钢板所制造的钢结构，不仅提升了钢结构在使用和施工过程中的耐腐蚀效果，更延长了其本身的使用寿命，保障了其所应具有的功能和价值。

1.1.3 钢结构可以有效提升施工效率

工业厂房所选择的钢结构部件，是通过机械化和高强度所制造出的金属构件来实现生产的，其质量在未投入使用前已经得到了充分的保证。当生产出来的钢构件按需从生产基地运输到施工现场时，现场操作人员只需要按照相应的步骤说明将构件进行组装，其操作过程简单而又快捷。如此操作在很大程度上降低了工业厂房的施工周期，且简化了施工程序，在保障构件质量的同时，更提升了厂房整体的施工质量，有助于其在最短的工时内完成施工，早日投入使用，获得更大的经济效益[1-3]。

1.2 钢结构设计的劣势

钢结构设计的优势较为明显，但问题也同样存在，比如防火性能的参差不齐，就是一个非常现实的问题。目前钢结构的防火性能普遍不理想，尽管其所具备的优势，促使其广为建筑领域的业内人士所认可，但是这些不足同样需要被关注和引起重视。

通常情况下，在为钢结构所实现的工业厂房中，其主体缺少钢筋混凝土或一般混凝土所具有的隔绝性，常常导致其在火灾发生的第一时间内因为缺乏保障，而让厂房遭受生命财产损失。另一方面，钢结构也存在着耐腐蚀性不理想的情况，比如因使用时间过长而出现的锈蚀，如果没有在第一时间内采取有效措施，那么腐蚀情况就会蔓延，最终影响到钢结构的质量和厂房的安全。

2 钢结构在工业厂房设计过程中的问题要点

2.1 防火设计

通常情况下，钢结构的防火性并不理想，当钢材部件受到100℃以上高温的冲击时，随着厂房内温度的不断升高，钢材极有可能出现抗拉强度降低的情况，促使其塑性不断变大;当温度持续上升到250℃时，钢材的抗拉强度又会出现提升，但塑性又会反之下降，甚至出现蓝脆的情况;当温度超过250℃，钢结构会发生徐变;当温度达到500℃时，钢材的强度会严重降低，甚至出现坍塌的情况，所以对于设计者来说要关注工业厂房内的防火设计，以防止后续事故的发生。

2.2 防腐蚀设计

一旦钢结构常年置于暴雨和潮湿天气中，其就有可能因为受潮而遭受腐蚀。一旦钢结构被腐蚀，其不但会破坏钢结构整体横截面，促使其日渐压缩，还会导致钢结构的表层出现大量的锈坑，破坏钢结构的整体性。

为了有效避免这类情况的出现，最为常见和有效的处理方式就是在钢结构的表面涂抹一层防腐剂，生成防腐层，让其本身所具有的疏水性、致密性以及附着力较强、电阻较大的特征，去实现对空气当中氯离子、水蒸气等的有效隔绝，进而起到保护钢结构的作用和效果[4-6]。

2.3 其它问题

钢结构厂房虽然有很多优势，但也存着很多不足，值得我们思考的是，如何把设计做得更加完善，以弥补设计中的缺陷。钢结构的消防设计是重中之重，要使钢构件的耐火等级和燃烧性能满足国家现行《建筑设计防火规范》(GB50016-2014) (2018年版)规范的要求，在钢梁、钢柱、柱间支撑等构件上涂刷防火涂料，增加不同厚度的保护层，使钢构件达到耐火极限，在增加防火保护层后，变为不燃烧体。钢结构屋面可采用中间夹不燃材料的双层压型钢板，既满足防火要求，又起到保温节能的效果。

在工业建筑中，对于火力发电厂的建筑设计部分，钢结构厂房的轻质外墙还能满足建筑泄压防爆的要求，只要运用得当，多进行钻研实践，钢结构厂房的优势就能在设计中得以全面体现。

3 钢结构工业建筑设计实例分析

3.1 实例一：XX热源厂钢结构厂房

建筑高度：43m，属高层工业建筑，执行建筑设计防火规范(GB50016-2006)规范，该建筑为丁类二级耐火等级，根据规范，防火分区最大允许占地面积为4000m2，本项目占地面积小于4000m2，可不设防火分区。

主厂房由煤仓间、锅炉间、水泵间三部分组成。煤仓间为现浇钢筋混凝土五层(局部六层)框架结构，各层楼板厚度不小于120mm，耐火极限2.0h，大于规范2.0.1条关于耐火极限1.0h的要求，钢筋混凝土结构柱的耐火极限大于5h，满足规范2.5h的要求，围护结构，运转层以下370mm非粘土烧结砖，运转层以上300mm厚陶粒混凝土砌块，他们的耐火极限均大于规范1.0h的要求。锅炉间为钢筋混凝土排架结构，双层布置,运转层为现浇钢筋混凝土梁板结构，板厚120mm，现浇钢筋混凝土柱，均满足规范关于耐火极限的要求。屋面为轻型梯形钢屋架，刷LG防火隔热涂料，保温彩钢屋面板，耐火极限满足规范0.5h的要求。围护结构同煤仓间，满足规范要求。水泵间单层布置，钢筋混凝土框架结构，屋面采用钢筋混凝土梁板，围护结构采用370mm非粘土烧结砖，均满足耐火极限的要求。引风机间单层布置，钢筋混凝土框架结构，屋面采用钢筋混凝土板，围护结构采用300mm厚陶粒混凝土砌块，满足耐火极限的要求[7-9]。

安全疏散：在煤仓间固定端设一部钢筋混凝土楼梯，可通向各层楼面，楼梯净宽大于1.2m，楼梯间墙厚为240mm厚非粘土烧结砖，楼梯间为封闭楼梯间并设乙级防火门；扩建端设一部室外疏散钢梯，宽度为900mm，钢筋混凝土平台，通往各层楼面及屋面；锅炉间两端均设3.0m×3.3m钢木大门，用于疏散锅炉间内工作人员。水处理间设2个大门通向室外，并与锅炉间设2个大门连通，引风间设2个大门通向室外。

炉控室采用塑钢隔断，各种装修材料均采用非燃烧体或难燃烧体，变压器室设在一层，采用防火墙与主厂房分隔。

3.2 实例二：XX发电厂钢结构厂房

主厂房及附属建筑的平、立、剖面设计依据工艺专业提供的资料进行，并满足电厂的使用要求，力求简洁、大方、色彩明快，努力塑造一个现代化工厂的形象。立面处理在与厂区建筑协调的同时，充分考虑与周围建筑风格及城市规划要求保持一致。

主厂房包括锅炉间、除氧间、燃料仓间、汽机间、配电间及各类辅助间。

锅炉间双层布置，采用钢筋混凝土排架结构，基础为桩基础，8m运转层采用钢筋混凝土结构，屋面为梯形钢屋架，屋面板采用工厂复合玻璃丝棉彩钢板，屋架下弦悬挂1t电动葫芦一部，运转层相应位置设1个2.0m×2.0m吊装孔，四周栏杆围护，锅炉基础为桩基础。主厂房围护运转层以下采用非黏土烧结砖，运转层以上采用陶粒砌块。机、炉控制室采用塑钢隔断并做防噪声处理。

除氧间与燃料仓间均采用钢筋混凝土框架结构，各层楼板采用现浇钢筋混凝土楼板，基础为桩基础。

汽机间采用钢筋混凝土排架结构，基础为桩基础，8.0m运转层采用钢筋混凝土结构，并与汽机基础完全脱开，防止汽机震动对结构产生不利影响。屋面板采用工厂复合玻璃丝棉彩钢板。汽机基础采用现浇钢筋混凝土结构，基础为桩基础。

占地面积为1911.87m2，建筑面积为9801.43m2，建筑高度为48.3m。主厂房属高层工业建筑，该建筑生产火灾危险性为丁类，耐火等级为二级。

主厂房由除氧煤仓间、锅炉间、汽机间、电气间四部分组成。除氧煤仓间为现浇钢筋混凝土8层框架结构，锅炉间为2层排架结构；汽机间为2层排架结构，电气间为3层框架结构。除氧煤仓间0.000m层设换热站、油泵房、水处理间，4.00m设化验室、配药室、更衣室、淋浴间、办公室等，8.00m设加药间、取样间、值班室、药品库、油化验室、热工实验室、办公室、更衣室等，13.00m为炉料设备层、除氧层附设配电间、戊类库房等，16.30m为二级炉前给料设备层附设配电间等，20.50m为一级炉前给料设备层，28.00m设转运间，32.00m设生活水箱间、消防水箱间。

根据建筑自然层，结合设备使用空间，主厂房共分为7个防火分区，1-7防火分区面积分别为：2698.87m2，652.29m2，699.91m2，495.36m2，4262.47m2,476.01m2，519.52m2，满足《火力发电厂与变电站设计防火规范》(GB 50229-2006)第3.0.3条要求。

各车间隔墙上的门均为乙级防火门，满足《火力发电厂与变电站设计防火规范》(GB 50229-2006)第5.3.4条要求。封闭楼梯间、防烟楼梯间门均为乙级防火门，满足《建筑设计防火规范》 (GB 50016-2006)第7.4.2条、第7.4.3条要求。疏散门均采用平开门，满足《建筑设计防火规范》 (GB 50016-2006)第7.4.12条要求[10]。

4 结语

综上，为了保证建筑质量，钢结构设计师的责任十分重大，所以在实际过程中一定要格外细心，从而保证在有优秀设计的同时可以应对一些突发问题。