广西汉华建筑设计有限公司 广西南宁530000
摘要:近几年来,国内外有关钢结构工业厂房的新技术、新工艺层出不穷,新材料的开发也使其在建筑工程中的应用得到了进一步的发展。另外,钢结构本身也有着其它材料所不具备的优越性,在目前的工业厂房设计中,钢结构的设计更具稳定性和柔性,能有效地推动工厂的施工,同时也能有效地保证工厂的施工质量。因此,本文就如何运用于工业厂房的钢结构设计,来改善其结构的品质。
关键词:工业厂房;结构设计;钢结构设计
钢结构是目前工业厂房结构设计中最常用的一种,它具有重量轻、强度高、抗震性能好、施工方便、美观、节能等优点。目前,钢结构正在逐步取代钢筋混凝土的结构,得到了广泛的应用。以下结合自己的亲身体会,着重对轻钢结构的实例进行了剖析。
一、钢结构的应用优越性
钢制建筑在工程中的优越性主要体现在:①钢结构重量轻、布局灵活。与其他建材相比,钢结构在相同的跨度、荷载作用下,自重相对较轻(大约为钢筋混凝土框架的三分之一),并且易于搬运、吊装。钢结构最大跨径可以达到约48米,而且在梁高相同的情况下,钢结构的开间要比混凝土结构大55%,而且可以实现大跨度的厂房设计。②拆装钢结构简单,施工周期短。钢结构机械化程度高,梁、屋架、柱等均可由专业的金属部件工厂制造,质量安全可靠。现场装配时,仅需按设计要求进行相应的螺栓、紧固,节省大量人力物力,缩短工程建设周期。
二、厂房钢结构应用特点
钢结构分为重、轻、重两种,目前还没有一个统一的行业标准,通常把25吨以上的建筑称为重型钢。重型钢广泛用于大型厂房、石化厂房、电厂厂房等,轻型钢材主要用于小型厂房、站棚等小跨度建筑。
(一)自重轻施工简便
在相同的跨度、荷载下,钢结构的承重只有普通钢筋混凝土框架的1/3,因此,运输、吊装、施工更加方便,可以大大减少运输、施工的费用。钢结构可以满足大跨度厂房的要求,最大跨径达到48米。钢结构的原材料具有很高的成品率,可以用专门的金属部件进行组装,节省人力物力,大大缩短了工期。
(二)钢结构可回收利用更加节能环保
由于钢制金属框架下的空闲空间很大,可以在各种管道中设置消防、给水、通风、压缩空气等,所以采用钢结构的厂房,可以充分利用其上部的闲置空间,节省额外的管道安装费用,从而有效地节约了施工成本。钢结构是一种高效的建材,可以重复使用,而且在安装时不会造成噪音、灰尘的污染,拆解后的金属部件可以直接进行再利用,所以,它具有很高的回收利用价值。
三、工业厂房的结构设计要点
(一)防火设计方面
与混凝土结构相比,钢结构的耐热性能更差,耐火性能也更差。因此,必须重视钢结构的保温与防火设计,以保障工厂的安全、可靠、稳定的生产。有关设计单位要明确划分和界定工业厂房的火灾危险等级,并确定其防火级别。最大程度地防止了火灾对钢结构造成的破坏。目前,为了保证钢结构的耐火性能,对钢构件进行防火设计,确定构件的防火保护措施,以保证其耐火性能。另外,设计者还要从多角度的进行分析,并采取必要的防范措施,例如:在火灾发生时,要合理地设计逃生通道和逃生通道,以减少火灾造成的伤害。
(二)防腐设计方面
由于钢结构本身的特性,它在空气中极易被氧化和腐蚀,而在潮湿的环境下,它会加速氧化,从而导致钢结构的腐蚀更加明显和严重。由于钢材的腐蚀,导致构件截面变薄,表面出现了锈斑,在受力过程中会产生应力集中,从而大大降低了钢结构的使用寿命。设计者要根据工厂的实际情况,制订出相应的解决办法,以最大程度地避免钢结构的腐蚀。目前,钢结构的防腐蚀措施是在钢材表面涂上一层防锈涂层,将氧气、水蒸气、氯离子等腐蚀性物质与钢结构隔开,从而达到对钢结构的有效防护。在涂布防腐蚀材料时,应根据防锈和防腐蚀的需要而调整涂层的厚度。
(三)抗震设计方面
在工业厂房的钢结构设计中,特别是在高震地区,应加强钢结构的抗震设计,以有效地提高厂房的抗震性能,增强厂房的抗震性和安全性。在设计中,为了减小振动对厂房的损害,应使钢结构的布局均匀、对称,并使结构传递力清晰、有效。在此基础上,采用科学、合理的连接方法,以保证屋架与屋面板、屋架和立柱的连接牢固,防止节点损坏。同时,还需要加强柱身与墙体的拉力,采用合理的高宽比调节和减震方法,使其在地震作用下的抗震性能得到最大化。
(四)荷载方面
在工业厂房的钢结构设计中,负荷的计算也是一个很大的问题。从一定意义上说,对钢结构进行荷载的设计也是一个先决条件,特别是考虑荷载的正确与否,这直接关系到钢结构的设计结果的可信度。
在计算门式刚架时,其水平投影面积大于60平方米时,应以0.3 kN/m2为宜。荷载规范规定,建筑荷载或维修荷载应在最不利的部位进行计算,房屋面板和檩条的集中荷载为1.0 kN,如果施工负荷超过了,则按实际使用;雪荷载是非常敏感的,因此,在设计时要慎重考虑:在多跨门式刚架水槽中,由于半跨雪荷载的增加,以及多跨门式刚架沟内的雪负荷增加等因素;对于高耸的女儿墙,应采取措施防止积雪积聚;在计算风荷载时,对轻钢建筑的风荷系数有不同的要求,按横向、纵向、单坡、双坡、多跨、锯齿形等不同的情况来确定。
(五)协调好钢结构设计与厂房工艺设计
钢结构厂房是企业生产的关键环节,若与其整体工艺设计不一致,将会对其正常生产造成一定的影响。钢结构厂房设计与工艺设计不相适应,其原因是:钢结构厂房的墙体厚度、高度与工艺设计指标不符,钢支架分布不合理。钢架在钢结构中的分布方式主要有网架、平面壁架、空间析架、塔桅、索膜、框架等,根据企业的实际建厂情况及施工要求,选用合适的钢架。在钢结构中,钢结构是最主要的影响因素之一。不同材质的钢具有不同的结构特性,比如,采用空心截面的无缝钢管可以用作液体输送管道,而圆形钢板则是用于加固钢结构。所以,在选用什么样的钢材时,要根据工厂的工艺设计要求来确定。
(六)重视结构计算过程
钢结构的计算通常是由结构设计软件编制的,其计算结果是钢结构设计中的一个关键环节,通过比较和分析各种软件的结果,最后确定出最适合的截面,可以节省造价。在确定荷载时,对于下雪量大的地区,应考虑在当地的降雪条件下,适当增加钢结构的承载能力,以验证其最大承载能力。在进行构件设计时,必须重视结构参数如净截面、长细比等。在进行接头时,要根据施工情况,选用适当的接头形式,如果采用承压式接头,则要兼顾承压和剪力,而不能将螺栓固定在剪切面上,这时要探讨接头的位置和施工是否方便。
结束语:
综上所述,工业企业的发展离不开工厂的建设,而高品质的工厂的建造,对于提高工厂的安全、稳定、提高工人的生活品质具有十分重要的意义。钢结构由于其稳定、灵活的特点,已成为目前工厂设计中的主流。在进行钢结构工程设计时,应充分考虑设计、施工中应遵循的原则及应注意的问题,以确保工程的正常进行,从而有效地提高工程质量。
参考文献:
[1]刘雪冬,燕家琪.工业厂房结构设计中钢结构设计应用研究[J].绿色环保建材,2021(06):41-42.DOI:10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2021.06.021.
[2]吴佳莹.钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用[J].工程建设与设计,2021(07):14-16+35.DOI:10.13616/j.cnki.gcjsysj.2021.04.004.
[3]吴品忠.工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究[J].中国建筑金属结构,2021(01):86-87.
[4]赵会兰.钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用探讨[J].建材与装饰,2020(13):107-108.
[5]刘丽霞.工业厂房结构设计中钢结构设计应用研究[J].门窗,2019(20):143.
[6]邱志刚.工业厂房结构设计中钢结构设计要点分析[J].门窗,2019(14):136.
[7]王国兵.工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究[J].工程技术研究,2019,4(10):200-201.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2019.10.096.
[8]宋剑竹.工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究[J].工程技术研究,2019,4(09):187-188.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2019.09.103.
[9]张秀芹,王庆杰.工业厂房结构设计中钢结构设计要点分析[J].居舍,2019(13):89.