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浅析钢结构厂房设计

摘 要:钢结构厂房具有施工快速、建筑灵便、抗震、环保等优势,因此,应该极力做好对其的设计,以便发挥其优越的特性。鉴于此,本文分析了目前我国钢结构厂房设计存在的不足。深入探讨了钢结构厂房设计的前期准备、设计要点、应该注意的事项。 

关键词:钢结构 厂房设计 设计要点 
  随着我国经济的发展,科技的迅速提高,建筑业有了极大的改进,厂房设计也逐步从落后的混凝土结构中走了出来,钢结构厂房相对于传统厂房结构形式具有明显的优越性,于是得到了广泛的运用。因此,对于钢结构厂房的设计自然至关重要。我们因给予高度的重视。鉴于此,本文对钢结构厂房设计做详尽的论述。 
  一 我国钢结构厂房设计存在的不足 
  我们在对厂房进行设计时,要对钢结构的具体分布位置详细规划,以满足实际使用需要。但由于受传统设计思想的束缚,目前,我国在钢结构厂房设计中还存在着诸多不足。 
  1 整体布局 
  从大范围的角度看,钢结构厂房是企业生产区域的一个模块,厂房的布局应与企业所在区域的整体布局相协调。而许多企业在设计钢结构厂房时,未能从大局上把握设计思路,例如厂房占地位置划分不合理,造成企业生产区域的面积未能充分利用。 
  2 内部结构 
  与传统的厂房相比,钢结构厂房内部添加了钢支撑装置,且内部结构承受的荷载大小也随之上升,对厂房自身的受重情况合理规划是设计的重点和难点。厂房内部结构设计不足表现为: 钢支架分布不合理,墙体高度、厚度、宽度指标不足等。 
  3 成本造价 
  工业建筑设计必须充分考虑成本造价高低、多少,这是决定企业收益大小的关键。工业厂房设计方案基本上决定了后期施工的成本投资,成本控制失效是厂房设计常见的弊病。例如钢结构工业厂房在空间结构设计上不科学,厂房使用性能不达标引起返工返修次数增加等。 
  二 钢结构厂房设计的前期准备 
  一般情况下,钢结构工业厂房设计的前期准备需注意结构判断、结构选型、结构布置等几个重点内容。 
  1 结构判断 
  并不是所有的工业厂房都适合钢结构形式,若设计师盲目地采用钢结构,会给建筑造成潜在的安全隐患。在设计准备阶段,需根据企业提供的资料信息综合判断,进一步分析所要设计的厂房是否适合采用钢结构。 
  2 结构评估 
  结构评估是通过建立力学模型来分析构件截面的具体参数。钢结构厂房的结构预估是对梁柱支撑的断面参数进行设定,然后再确定钢梁是否选择槽钢、轧制、焊接 H 型钢截面。 
  3 结构分析 
  上述准备工作结束后,设计人员则可分析厂房的钢结构是否符合施工要求。工业厂房钢结构分析是很重要的流程,在分析阶段可以对重要的参数再次核对,分析工程周期、总剪力、结构变形、安全隐患等。 
  三 钢结构厂房设计的要点 
  1钢结构厂房设计采用的结构体系 
  钢结构厂房因为工艺布置的要求,一般都需要大空间,结构通常采用框架结构,在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。结构布置的原则是:尽量使柱网对称均匀布置,使房屋的刚度中心与质量中心相近,以减小房屋的空间扭转作用,结构体系要求简捷、规则、传力明确。避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩,以及竖向变化过多的外挑和内收,力求沿竖向的刚度不突变或少突变。 
  2 钢结构厂房设计的选址 
  厂房设计选址很关键,因尽量避免地震区,地震区房屋的伸缩缝是合一的,当房屋较长时,宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝;施工中,每隔 40m 设置一道 800mm 一个 1400mm 宽的后浇带,后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段;在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位,适当提高配筋率;加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。 
  3 钢结构厂房的的防火设计 
  钢结构工业厂房防火能力很差,当钢材受热在100℃以上时,随着温度的升高,钢材的抗拉强度降低,塑性增大;温度在 250℃左右时,钢材抗拉强度略有提高,而塑性却降低,出现蓝脆现象;当温度超过250℃时钢材出现徐变现象;当温度达 500℃时,钢材强度降至很低,以致钢结构塌落。因此,钢结构必须做隔热及防火设计。 
  (1)正确定义建筑物生产的火灾危险性类别,合理确定建筑的耐火等级依据《建筑设计防火规范》,对厂房生产火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊五类,如果确定工程为二级耐火等级,就应该严格按照二级耐火等级加涂防火涂料进行防护,使钢构件达到二级防火等级的耐火极限要求。 
  (2)设计时要选用恰当的钢结构防火保护方法对钢结构采取有效的保护,就是将钢结构的耐火极限提高到规范规定的值,防止钢构件遇火发生变形塌落。目前,保护钢结构厂房最常用的方法是在其表面涂覆钢结构防火涂料,发生火灾时它作为耐火隔热保护层,有效地提高钢构件的耐火极限,满足现行国家规范的要求。 
  (3)钢结构建筑设计时要合理划分建筑物的防火分区,对每个防火分区的面积进行严格的控制。由于钢结构建筑自身存在的弱点,我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素,将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑,加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求,科学设置疏散指示标志,使人员能快速疏散到安全地带,从而大大减少人员伤亡和人民财产损失。 
  四 钢结构厂房设计应注意的事项 
  1钢结构厂房图纸设计的重要性 
  无论在什么样的工程中,图纸是工程施工的依据。在钢结构厂房的设计期间,要组织施工单位专业技术人员对图纸进行会审,检查施工图纸中的“错、漏、碰、缺”,力争把问题解决在施工之前,减少因图纸问题对工程质量、进度的影响。 
  2钢结构厂房支撑系统的重要性 
  为了保证钢结构厂房的空间工作,提高其整体刚度,承受和传递纵向水平力,防止杆件产生过大的变形,避免压杆失稳,以及保证结构的整体稳定性,应根据厂房结构的形式,车间吊车的设置,振动设备以及厂房的跨度、高度,温度区段的长度等情况布置可靠的支撑系统。 
  3 钢结构厂房耐热能力设计的重要性 
  钢结构工业厂房防火能力很差,当钢材受热在100℃以上时,随着温度的升高,钢材的抗拉强度降低,塑性增大;温度在 250℃左右时,钢材抗拉强度略有提高,而塑性却降低,出现蓝脆现象;当温度超过250℃时钢材出现徐变现象;当温度达 500℃时,钢材强度降至很低,以致钢结构塌落。 
  4 钢结构厂房抗震性设计的重要性 
  在对钢结构厂房做抗震设计时应注意:首先,在厂房建设前要充分考虑加强其结构的抗震性,以应对复杂多变的地质变化,虽然钢材在重力刚性等条件上有抗震的优势,但是在总体布置方面也要力求安全最大化,要求厂房结构的质量和刚度均匀分布,使厂房受力均匀,使其受到外力作用时,可以将作用力均匀抵消,这样就不会加剧作用里在刚性弱的地方聚积。其次,在建设过程中要充分考虑杠杆失稳的问题,钢结构在强度上可以充分满足建设需要,所以要在支撑系统上多做文章,提高厂房结构整体稳定性,对钢结构厂房尤为重要。 
  结语: 
  总而言之,钢结构厂房设计是厂房设计的重要组成部分,在对其进行设计时,应注意设计前期的准备工作,把握厂房的整体结构体系、明确厂房设计的要点,注意钢结构厂房自身的特点,把握好设计中应该注意的事项,这样就会减少施工的困难,以达到最佳效果,充分发挥钢结构厂房的优势。 
  参考文献: 
  [1]郭金琼,房贞政,郑振. 箱形梁设计理论[M]. 北京: 人民交通出版社,2008. 
  [2]吴冲. 现代钢桥( 上册) [M]. 北京: 人民交通出版社,2006. 
  [3]范立础. 桥梁工程( 上册) [M]. 北京: 人民交通出版社,2003. 
  [4]潘际炎. 中国钢桥[J]. 中国工程科学,2011,9( 7) : 18 -26.

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