【摘要】隨著我國(guó)工業(yè)、民用建筑的蓬勃發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在工業(yè)廠房的建設(shè)中占到了舉足輕重的地位。本文通過對(duì)重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，提出了加強(qiáng)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效策略，提高建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)更好地滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
【關(guān)鍵詞】重型鋼結(jié)構(gòu)；廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有效途徑
鋼結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)性能強(qiáng)，施工周期短，保溫節(jié)能性好，材料的多樣性也使得設(shè)計(jì)富有很大的彈性。憑借著這些優(yōu)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的使用越來越廣泛，尤其是在一些大跨度大開間和超高層的建筑中，開始逐漸代替鋼筋混凝土成為主要的建筑材料。但是，鋼結(jié)構(gòu)也存在著易腐蝕、防火性能差等明顯缺點(diǎn)，對(duì)建筑施工和生產(chǎn)使用都產(chǎn)生了一定的不利影響。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行仔細(xì)分析和探討，以確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，避免一些工程質(zhì)量問題的出現(xiàn)。
一、設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
對(duì)于大型的吊車廠房往往還存在著一些埋深和荷重較大的設(shè)備基礎(chǔ)，這些設(shè)備基礎(chǔ)對(duì)于廠房的整體設(shè)計(jì)具有重要意義。應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)備的工作特性、工藝要求及地質(zhì)條件確定基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式。在對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要充分考慮其與廠房基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)避讓性，同時(shí)也要有足夠的剛度，確保在荷載作用下的變形在允許范圍內(nèi)。在對(duì)于一些特殊設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)與工藝密切配合，同時(shí)應(yīng)研究各方面因素，解決動(dòng)力設(shè)備共振問題，避免因過大的振動(dòng)影響機(jī)械本身和鄰近設(shè)備的使用。
二、抗風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
我國(guó)是風(fēng)災(zāi)嚴(yán)重的國(guó)家，尤其是沿海地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)廠房在風(fēng)災(zāi)中的破壞可以說是司空見慣的，雖然可能只是一些局部破壞，但足以給予我們警示。在設(shè)計(jì)前，必須對(duì)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力風(fēng)向等風(fēng)因素進(jìn)行全面的考察研究，之后再進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)，合理開設(shè)門窗洞口，避免由于鼓風(fēng)效應(yīng)和吸風(fēng)效應(yīng)對(duì)廠房造成破壞。整體設(shè)計(jì)要確保廠房的剛度足夠，積極采取有效措施提高抗風(fēng)能力，對(duì)一些容易發(fā)生先行破壞的薄弱部位進(jìn)行特殊的抗風(fēng)（處理。重型鋼結(jié)構(gòu)廠房一般高度較高，山墻受風(fēng)面積大整體剛度較弱，抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以以抗風(fēng)柱作為豎向支撐點(diǎn)，加設(shè)水平抗風(fēng)梁或鋼抗風(fēng)桁架作為中間鉸支點(diǎn)，避免出現(xiàn)抗風(fēng)柱截面尺寸過大的情況，也確保了抗風(fēng)系統(tǒng)的整體合理性。
三、柱腳設(shè)計(jì)
重型吊車的荷載較大，柱腳的彎矩比較大，對(duì)于重型鋼柱的柱腳設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)以插入式為主。實(shí)腹式和格構(gòu)式鋼柱插入混凝土基礎(chǔ)杯口的深度應(yīng)當(dāng)由計(jì)算確定，對(duì)于非抗震地區(qū)最小深度參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017第八章構(gòu)造要求的條文，對(duì)于抗震設(shè)防地區(qū)則需要參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011。當(dāng)柱上拔力較大且杯口護(hù)壁較薄時(shí)，必須進(jìn)行驗(yàn)算，確保承載力滿足要求。此外，為了防止柱腳的銹蝕，應(yīng)采用C7.5或C10砼將柱腳包至室內(nèi)地面以上0.1-0.2m。
四、肩梁設(shè)計(jì)
肩梁作為上、下段柱連接和支承吊車梁的重要部位，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。在階形柱變截面處構(gòu)造肩梁將上、下段柱連成整體，實(shí)現(xiàn)內(nèi)力的傳遞，確保不產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)角和位移，同時(shí)也解決了吊車梁、制動(dòng)梁和柱的連接。對(duì)于其位置的確定，應(yīng)當(dāng)根據(jù)轉(zhuǎn)換桁架的相關(guān)概念進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)和應(yīng)用。肩梁的連接方式主要有兩種，一是將上段柱腹板與肩梁上蓋板用兩條角焊縫相連，并按與腹板等強(qiáng)度考慮，柱翼緣的連接則根據(jù)情況考慮。二是將實(shí)腹式上段柱直接對(duì)焊在肩梁上，此時(shí)宜將上蓋板下移變?yōu)閮蓧K加強(qiáng)板的形式，焊于肩梁腹板的兩側(cè)。
五、變形控制設(shè)計(jì)
根據(jù)計(jì)算的假定值來看，普鋼排架的廠房設(shè)計(jì)，一般是假定屋面的剛度呈現(xiàn)無窮大趨勢(shì)，撓度太大就難以滿足需要。而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)于吊車軌頂位置的水平位移有著非常嚴(yán)格的規(guī)定，如果屋面的梁剛度太小，就會(huì)導(dǎo)致鋼柱成為懸臂柱，那么位移就不能夠滿足要求，而且這樣也導(dǎo)致用鋼量都集中到了柱子上，從而導(dǎo)致柱子的截面需要很大的尺寸才能夠滿足要求。
在傳統(tǒng)的屋面變形控制設(shè)計(jì)過程中，主要偏向于采用桁架屋面梁，是柱子和屋架相鉸接，屋面板的尺寸也很大，荷載比較大，導(dǎo)致容易出現(xiàn)漏水的問題，桁架屋面梁上的剛度較大，結(jié)構(gòu)安全度相對(duì)較高。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，當(dāng)前普通廠房建設(shè)主要是應(yīng)用實(shí)腹式梁和輕型的彩鋼板屋面。這種情況下，屋面的梁變形問題并不嚴(yán)重，也不會(huì)產(chǎn)生漏水的問題，是比較理想的狀態(tài)。
因此，對(duì)于普鋼廠房屋面變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)確�？茖W(xué)、合理設(shè)計(jì)，以提高廠房設(shè)計(jì)質(zhì)量。對(duì)于大噸位的吊車輕型屋面性質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)廠房，應(yīng)當(dāng)注重解決屋面鋼梁存在的撓度問題，如果對(duì)鋼梁的撓度控制較為嚴(yán)格，則會(huì)出現(xiàn)很多浪費(fèi)，因此，對(duì)于鋼梁撓度的設(shè)計(jì)指標(biāo)可以適當(dāng)放寬，根據(jù)《門鋼規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)輕型屋面性質(zhì)的大噸位吊車鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)將鋼梁的撓度定為L(zhǎng)/250。對(duì)于大型屋面板性質(zhì)的大噸位吊車的輕型屋面板鋼結(jié)構(gòu)廠房，可以將鋼梁的撓度定為L(zhǎng)/4000對(duì)于采用輕型屋面但鋼梁上懸掛吊車的大噸位型吊車鋼結(jié)構(gòu)廠房，則應(yīng)當(dāng)將鋼梁的撓度定為L(zhǎng)/400。
六、平面布局設(shè)計(jì)
要想保證結(jié)構(gòu)布局的經(jīng)濟(jì)性和合理性，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行合理劃分，總的來說，平面布置主要是根據(jù)工藝、結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)的要求確定，同時(shí)還要考慮建筑及設(shè)備的平面投影尺寸等因素。工藝要求柱的位置與車間內(nèi)機(jī)械、運(yùn)輸設(shè)備相協(xié)調(diào)，符合生產(chǎn)流程，還應(yīng)考慮生產(chǎn)過程中的可能變動(dòng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)單元平面尺寸的基本要求，重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)控制尺寸定為跨度方向的尺寸不超過150m，長(zhǎng)度方面的總尺寸不能夠超過220m。對(duì)于能夠歸并到一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中的吊車，應(yīng)當(dāng)盡量保證鋼架端部的下沿結(jié)構(gòu)或者是檐口高度在12m以上，同時(shí)確保軌高的差異較小，這樣才能夠合并為一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于重型吊車鋼柱的選型問題，應(yīng)當(dāng)充分考慮到用鋼量的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及取材的便利性。設(shè)計(jì)人員可以充分比較采用實(shí)腹柱和格構(gòu)柱兩種方式下的各種技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合評(píng)估，選出最優(yōu)的方案，既能保證工程的合理又為設(shè)計(jì)和施工增加了便利和經(jīng)濟(jì)性。
七、門式鋼架天溝設(shè)計(jì)
鋼結(jié)構(gòu)在廠房建設(shè)中，施工周期短、可循環(huán)使用、可調(diào)整等一系列優(yōu)點(diǎn)，得到了許多工廠的青睞，在現(xiàn)代廠房設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)更是被廣泛普及并得到了很高的評(píng)價(jià)。但是重型鋼結(jié)構(gòu)在廠房建設(shè)中也暴露了許多問題有待我們?nèi)ソ鉀Q。連跨鋼結(jié)構(gòu)門式鋼架天溝經(jīng)常出現(xiàn)漏雨問題就是其中比較棘手的問題之一。目前重型鋼結(jié)構(gòu)連跨門式鋼架結(jié)構(gòu)中最常用的是內(nèi)排水通長(zhǎng)天溝，這種天溝設(shè)計(jì)深度受到本身結(jié)構(gòu)尺寸影響，最大高度等于屋面檁條高度，蓄水能力嚴(yán)重受到限制，尤其在北方地區(qū)，若遇到大雪天氣，積雪及其容易積滿，這時(shí)排水能力就會(huì)徹底喪失。夏天遇到暴雨，雨水溢出天溝會(huì)順著檐口灌入廠房?jī)?nèi)部。并且因天溝結(jié)構(gòu)比較長(zhǎng)，受熱脹冷縮影響及其容易變形甚至開裂。如果我們?cè)诮ㄔO(shè)中設(shè)計(jì)成分段天溝，天溝在長(zhǎng)度方向斷開，一個(gè)柱間設(shè)計(jì)一個(gè)天溝，用厚度約為約3mm的鋼板焊接好，這樣豎向就有了足夠的空間滿足天溝排水量要求，縮短了天溝長(zhǎng)度，避免了過熱或者過冷天氣天溝的變形和斷裂。
結(jié)束語(yǔ)
在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)廠房，尤其是重型廠房時(shí)，不應(yīng)該想當(dāng)然地進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要結(jié)合實(shí)際情況，考慮到地理環(huán)境等因素，然后進(jìn)行分析。充分了解重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際工業(yè)的各方面需求后，找出最優(yōu)方案后進(jìn)行設(shè)計(jì)。把工程質(zhì)量放在第一位，同時(shí)還能傳達(dá)出現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中節(jié)能環(huán)保和美觀的概念。
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