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钢结构厂房设计现状及优化对策
发布日期:2018-08-20 15:02:56

随着国家经济的快速发展,钢结构在建筑领域起到了举足轻重的作用,扮演着越来越重要的角色,无论在工业还是民用建筑中,钢结构以其突出的特点迅速地占领着越来越广的市场。其特点有:其整体刚度和抗震性能好、施工速度快、自重轻、承载力高,在大跨度及超高层建筑中代替了钢筋混凝土结构,但也存在着防火性能差、易腐蚀等缺点,在设计中根据其特点扬长避短才能更好地发挥钢结构的作用,现在就钢结构厂房设计的现状与优化对策来进行分析。

 

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1、钢结构工业厂房的概述
 
1.1、钢结构工业厂房的优越性
 
目前,在我国工程厂房设计施工的过程中,人们主要是将钢结构材料作为其主要的施工材料,其优点主要体现在以下几个方面:
 
(1)在工业厂房现场施工的过程中,由于钢结构材料可以进行工业化的批量生产,而且采用的机械设备在施工的过程中可以进行现场拼装。因此这就大幅度的缩短了工程施工的工期,降低了总工程投资成本。
 
(2)将钢结构材料和混凝土结构材料相比,钢结构材料有着质量轻,强度高等方面的特点,因此在实际应用的过程中,不仅可以大幅度的降低建筑结构在使用中所产生的荷载,还有效的提高了厂房结构的稳定性和可靠性。而且在采取可靠的防腐蚀措施后钢结构在使用时也有着较强的耐腐蚀性能,这也使得工业厂房结构在使用时不会受到外界环境因素的影响,使其结构的稳定性和耐久性出现问题。
 
(3)钢结构材料在使用的过程中强度比较高,投资成本也比较低,而且还可以多次的回收利用,这就使得钢结构工业厂房有着良好的环保节能功能,为我国社会经济的可持续发展打下了扎实的基础。
 
1.2、钢结构工业厂房的设计原则
 
设计钢结构工业厂房时应从工程实际情况出发,合理选择材料、结构方案和构造措施,满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度的要求,符合防火、防腐蚀的要求,并宜优先采用通用和标准化的构件,减少制作、安装工作量。钢结构设计文件中,应注明建筑结构的设计使用年限、采用的钢材牌号、连接材料的型号(或钢号)。
 
2、钢结构工业厂房结构设计的主要特点
 
钢结构厂房在世界各地均得到普遍使用,尤其是在发达国家应用更为广泛。钢结构厂房通常适用于仓储库房、工业厂房、会馆展厅、净化车间以及超市,其设计的主要特点有以下几个方面:①具有较大的空间和跨度,且建筑质量轻,强度极高;②设计一般选用最先进方法,可充分满足钢材对抗冲击性、变形能力、抗震性以及刚性等多方面要求;③钢结构建筑能够反复利用,且搬动迁移十分便利,避免了大量钢材的浪费,保护环境不受到污染;④钢结构独特且轻巧,实际占用面积小,应用面积广,增加了建筑物内的使用空间;⑤组成零件标准,制作精良,安装方便快速,有效缩短了施工工期,减少投资成本;⑥在采取可靠的防火和防腐蚀措施后具有较高的防火性和较强的防腐蚀性。
 
3、钢结构工业厂房设计现状及优化对策
 
在钢结构厂房稳定性研究过程中,最为关键的内容是轴力与弯矩耦合效应,进而是整体稳定整体与局部稳定之间的相互关系。目前,钢结构厂房设计中的安全系数不能反映整体与局部之间的关联性。结构参数不确定,结构响应差异显著,随机参数结构极值处于失稳状态。因此,要不断优化钢结构厂房设计,提高其使用性能以及安全性能。
 
3.1、优化钢材的保温隔热与防火
 
钢材具有很高的导热性能,其导热系数为 50 w(m.℃),当受热达到 100 ℃以上时,其抗拉强度就会降低,塑性增大;温度达到 250 ℃时,钢材抗拉强度会稍提高,但塑性却降低,出现蓝脆现象;温度达到 500 ℃时,钢材强度降至很低,会致使钢结构塌落。所以当钢结构所处环境温度达到 150 ℃以上时,就必须做隔热防火设计。其做法一般为:钢结构外侧包耐火砖、混凝土或硬质防火板材。或者钢结构刷厚涂型防火涂料,厚度按《钢结构防火涂料技术规程》计算。
 
3.2、优化钢结构工业厂房立面设计
 
轻钢结构的建筑主要有把握以下 4 个方面的特征:规模、线条、色彩、变化。
 
钢结构工业厂房的立面主要由工艺布置来决定,在满足工艺的要求下力求立面简洁恢宏同时使节点尽量简单统一。彩色压型钢板使得轻钢厂房的建筑表现得体形轻盈色彩丰富,明显优于传统钢筋混凝土结构的沉重单一。在轻钢厂房的设计中常采用跳跃性色彩和冷色调,重点突出主要出入口、外天沟、收边泛水等地方,既体现了现代化厂房的恢宏气势,又丰富了立面效果。
 
传统的钢筋混凝土结构工业厂房,外墙维护为砖砌体,外装修为涂料或面砖,辅以色带,由于混凝土屋面设置采光窗效果不理想,设计时通常在墙面设置大量的采光窗。但对于维护墙为彩色压型钢板的钢结构厂房来说则不然。线条是表现轻钢结构建筑风格最独特的特征,均匀的线条或横或竖,使得轻钢结构建筑富有流畅的金属质感,体现了强烈的现代工业气息。
 
3.3、优化钢结构工业厂房支撑系统
 
在钢结构工业厂房柱间支撑系统和屋盖支撑系统布置过程中,要按照厂房的实际振动设备、吨位、跨度、结构形式、柱网设置以及高度与吊车设置等状况来决定。一般而言,不考虑屋盖结构的檩条,主要设定在垂直支撑上。在无檩系统中,屋面板要和屋架进行焊接,从而达到上弦支撑目的。但在实际设计过程中,由于施工条件的束缚。考虑到安装要求,要将上弦横向支撑系统设置在屋架上弦位置以及天窗架上弦部位。同时,当厂房屋架间距处在12m以上时,或者设置有特重级的振动设备与桥式吊车时,要设定纵向的水平支撑系统。
 
3.4、优化钢结构工业厂房屋面设计
 
在钢结构厂房的屋面设计中,主要内容是防水。屋面防水设计主要考虑三个方面的因素:一是屋面坡度;二是天沟形式;三是单坡屋面长度。执行相关的屋面工程技术标准,在实际工程中,诸多厂房屋面坡度处在(2%~3%)之间,符合实际要求。考虑到材料性能、节点处理与技术等因素,要将坡度设置为5%。在积雪地区,坡度要增大,而钢结构厂房的单坡屋面长度设计要注意所在区域的温差与降雨变化。根据相关工程设计资料显示,单坡屋面长度要把控在70m以下,才能保证厂房的使用性能。当超过这个标准值时,要进行特殊处理。当前应用较为普遍的钢结构屋面设计方案主要有两种:第一,采用双层彩色压型钢板,其保温棉有助于防水,但温变化较大,难以解决热胀冷缩问题;第二,采用由保温层、隔汽层、卷材防水层等组合而成的复合柔性钢屋面系统,外铺柔性卷材,有助于改善热胀冷缩状况。
 
3.5、防锈处理
 
钢结构表面直接暴露在大气中就会锈蚀,当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢结构处在潮湿环境中时,钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅会使构件截面减小,还会使钢构件表层局部产生锈坑,当构件受力时将引起应力集中现象,使结构过早破坏。因此,对钢结构厂房构件的防锈蚀问题应予以足够的重视,并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、工艺布置、材料选择等方面采取相应对策和措施,以确保厂房结构的安全。一般钢结构的防腐常采用防锈底漆和面漆,涂装层数及厚度常根据其使用环境和涂层性质来决定。一般室内钢结构在自然大气介质作用下,要求涂层厚度 100 μm,即底漆两道,面漆两道。
 
由此可见,在钢结构工业厂房设计的过程中,我们不仅要对钢结构厂房强度、稳定、抗震性能、耐久性等方面性能进行严格的要求,还要着重重视采取可靠的防火和防腐蚀措施,从而有效的提高工业厂房结构的稳定性和可靠性。

 

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