义学钢构告诉您现代工业钢结构厂房设计与安装

    义学钢构告诉您现代工业钢结构厂房设计与安装

    在经济发展、科技进步的今天，钢结构因其施工周期短，承载力大、抗灾性能好的优势，在建筑领域正扮演着日益重要的角色，被广泛运用于厂房设计中，以往的钢筋混凝土厂房正逐渐被钢结构厂房代替。但同时钢结构存在的易变形、防火性差、易腐蚀等弊端也应引起足够的重视。因此，对钢结构厂房设计问题探讨具有重要意义。

　　一、钢结构厂房设计的问题

　　1.钢结构厂房的基础问题

　　常见的地基基础问题主要表现为地基强度，地基变形以及地基破坏三个方面。地基的强度问题集中在因承载力不足引起的基础稳定性不足的问题；地基的变形问题多发生在荷载地基易出现不均匀的沉降、过大变形的软土、膨胀土、湿陷性黄土以及季节冻土等地区；地基的破坏问题主要呈现为局部或整体的剪切破坏及冲切剪切破坏等形式。在进行钢结构厂房基础的设计时应着重注意这些问题。

　　2.门式钢架柱网的尺寸及结构体系的设置问题

　　钢结构厂房工程所包含构件的数量会对工程的施工进度以及工程造价产生直接影响，厂房门式钢架柱的间距设计应首先满足厂房的使用要求，门式刚架柱的间距宜设计为8-9m，当钢架的柱间距设计为9m时，工程所需檩条、钢架等构件的数量会较6m柱距时会减少三成，这对于缩短工程周期、降低造价具有重要意义，与此同时，钢架柱的间距会影响到工程的跨度，最大跨度的设计不宜超过36m。其次，钢架柱结构体系设置问题，钢结构厂房的檩条、墙梁等构件作为钢架间的连系部分，支撑着厂房纵向与水平方向上的荷载，由于纵向水平力由厂房的支撑体系承受，因此屋盖的横向支撑应在各个温度区段的端部柱间或合理设置，使厂房整体形成稳定的空间结构，在门式钢架轻型结构的厂房的横向与纵向温度区段的选择上，横向温度区段不宜超过150m，纵向不应大于300m。

　　3.钢屋盖系统的设计问题

　　钢屋盖大部分的承重构件由细长、壁薄的杆件组成，截面的形状较为复杂，节点的应力相对集中且存在偏心，在进行屋盖系统的设计时，计算荷载与计算简图接近于计算的极限状态，系统构件承载力的安全储备有限，相应的系统对于温度、超载及腐蚀的作用十分敏感，偶然的因素就可能导致其失效，加之受构件制造、安装及使用过程中各种负面作用的影响，钢结构厂房的屋盖极易成为破坏最严重的部分，钢屋盖破坏多表现在，屋盖倒塌、杆件及节点板变形或开裂、屋盖支撑弯曲、挠曲超标以及析架杆件断裂等方面。

　　4.吊车梁系统的设计问题

　　吊车梁系统是钢结构厂房的重要组成部分，包括吊车梁、吊车轨道与连接、制动结构等部分。吊车梁的受力情况十分复杂，加之吊车的垂直与侧向力均具有动力特征。受疲劳与冲击作用的影响，吊车梁系统的计算方式与计算简图与实际应用情况存很大的差异，与屋盖系统相比具有更多的不稳定性，系统整体的可靠性与耐久性最低。钢结构厂房柱系统的设计应力要比实际应力小很多，柱体的安全储备较大，荷载同时出现的概率相对较小，柱体因承载能力不足而发生破坏的情况并不多见。

　　5.檩条、墙梁与拉条问题

　　轻型钢结构厂房工程的檩条、拉条与墙梁多选用Z形、C形的实腹式冷弯薄壁型钢材，这种类型的钢材具有整体刚度较好的优点，截面的回转半径与惯性矩较大，可以充分发挥材料性能，同时，该型材截面的抗扭刚度较小，对荷载偏心较为灵敏，在设计过程中应注意型材可能出现约束翘曲应力与扭转变形的问题，在檩条、拉条、墙梁等围护构件的设计上应注意以下问题：（1）风荷载的标准值应按规程规定计算，为减少工程施工中的不便，应避免使用双层拉条；（2）檩条受风吸力的影响，下翼缘承受压力时，可通过稳定计算进行解决，檩条的稳定性可通过《钢结构设计规范》中的公式进行验算。

　　二、钢结构厂房存在问题的预防措施

　　1.提高厂房的耐火性能

　　钢材对厂房的耐火性能产生直接影响，由于钢材不耐高温，在高温环境下，钢材自身的强度会明显下降，造成钢结构组成构件变形甚至出现失效的问题，因此，应最大限度提高钢结构厂房的耐火性，避免在发生火灾时，厂房立即出现失效、倒塌的现象。提高钢结构的耐火性能，除通过改变钢材制造时的材料组成元素，改变钢材自身的结构与金相组织，提高钢材的耐火性与耐候性外，在施工过程中通常使用喷涂法提高钢结构的耐火性，对喷涂厚度进行合理设计，并按设计值喷涂。喷涂法作为最经济且最有效的方法，施工速度较快，尤其适用于复杂形状的钢构件。但同时该方法具有表面粗糙、清理难度较大的缺点，施工过程中应借助一定的设计手法进行修饰。

　　2.加固钢结构

　　在钢结构厂房的设计过程中，需着重考虑钢结构的稳定性，钢结构的加固可通过改变结构的方式得以实现。根据钢结构的分布，合理改变其荷载、节点性质与传力途径，通过附加杆件与支撑，加以预应力以及加强空间的协同工作等措施对钢结构进行加固。

　　3.屋面与支撑设计

　　为提高钢结构厂房的整体刚度，保证厂房整体的稳定性，避免杆件发生过大变形、压杆出现失稳的问题，应合理设计钢结构的形式、设备的分布及温度区段长度等因素，使厂房支撑系统稳定可靠。可于厂房温度区段稳定的柱间进行支撑系统的设置，协调布置实施屋盖的横向水平支撑。厂房的下柱支撑应尽量设置在温度区段的中间部位，使吊车梁等构件能够随温度变化向区段的两端自由伸缩。钢结构屋面当前主要有由两层彩色的压型钢内夹保温棉组成的刚性屋面与由彩钢板内板、保温层、隔气层与卷材防水层组成的复合柔性屋面两种形式。

　　4.合理设计温度伸缩缝

　　温度变化会导致钢结构厂房发生变形，使钢结构出现温度应力，当钢结构厂房的平面尺度较大时，为避免钢结构出现较大的温度应力，应将温度伸缩缝合理设置在厂房纵横两个方向上，根据钢结构规范确定区段的距离。一般情况下通过设置双柱的方式进行温度伸缩缝的处理，可在屋架支座处对纵向温度的伸缩缝进行滚动支座设置。

　　5.钢结构防锈处理

　　由于钢结构的表面直接暴露于大气中，易发生锈蚀现象，而潮湿或存在侵蚀性介质的环境，会加速厂房的锈蚀。钢结构厂房设计时必须重视各个组成构件防锈处理问题，应结合钢结构的侵蚀介质与环境条件情况，在钢结构的总图与工艺布置、材料的选择方面加强设计，保证试用期内厂房结构的安全。防锈处理多结合环境与涂层性质的不同，进行防锈底漆和面漆涂装的层数与厚度，充分发挥涂层在预防锈蚀方面的作用。

　　三、钢结构厂房安装

　　目前钢结构安装方法主要有：机械安装、土法安装、土机结合安装、顶升安装、提升安装、滑移安装三大类，安装好钢结构厂房需做到：严把材料关；严把人员素质关；钢柱的安装；钢结构的连接；.预埋地脚螺栓偏位；构件拼装偏差；钢结构防火；钢结构防腐；钢结构屋面防水；钢结构保温。

　　钢结构在厂房搭建中具有施工周期短、施工简单、成本低廉以及能够快速投入使用等优势，但是对于安装施工的质量有着非常严格的要求，尤其是对一些钢结构厂房安装的重点环节，只有加强现场施工过程中的质量控制才能最大限度的确保钢结构厂房的结构稳定性和使用安全性。

　　总而言之，钢结构厂房的设计与安装时，应根据厂房的自身特点与需要合理选择结构形式与材料，避免盲目设计，以设计出结构合理、造价经济、低碳环保的钢结构厂房。