摘要：現(xiàn)如今，由于我國經(jīng)濟的發(fā)展，鋼結構在工業(yè)廠房建筑領域起到了舉足輕重的作用，其特點有：其整體剛度和抗震性能好、施工速度快、自重輕、承載力高，在大跨度及超高層建筑中代替了鋼筋混凝土結構，下文主要就鋼結構工業(yè)廠房在設計中的幾個問題作簡單闡述。
關鍵詞：鋼結構；工業(yè)廠房；設計
中圖分類號： S611 文獻標識碼： A
前言
目前，鋼結構技術作為建筑行業(yè)中的一項新型綠色環(huán)保技術，其應用前景寬闊，同時已經(jīng)逐漸滲透到了大型工業(yè)廠房以及公共技術等領域。下文主要結合某綜采設備庫的設計闡述了一些設計體會。該綜采設備庫為大跨度廠房，跨度為 24m，兩跨，柱距為6m，房屋內(nèi)設50/10t中級（A5）橋式吊車，吊車軌頂標志標高為9.0m，柱頂標高為12.020m，輕型鋼屋面和夾芯板外墻。
一、鋼結構廠房設計的主要特點
現(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工業(yè)發(fā)展取得不斷進步。鋼結構廠房在世界各地均得到普遍使用，尤其是在發(fā)達國家應用更為廣泛。鋼結構廠房通常適用于倉儲庫房、工業(yè)廠房、會館展廳、凈化車間以及超市，其設計的主要特點有以下幾個方面：①具有較大的空間和跨度，且建筑質(zhì)量輕，強度極高；②設計一般選用最先進方法，可充分滿足鋼材對抗沖擊性、變形能力、抗震性以及剛性等多方面要求；③鋼結構建筑能夠反復利用，且搬動遷移十分便利，避免了大量鋼材的浪費，保護環(huán)境不受到污染；④鋼結構獨特且輕巧，實際占用面積小，應用面積廣，增加了建筑物內(nèi)的使用空間；⑤組成零件標準，制作精良，安裝方便快速，有效縮短了施工工期，減少投資成本；⑥具有較高的防火性和較強的防腐蝕性。
二、方案選擇
廠房一般有以下幾種結構形式： 砌體結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構。砌體結構跨度一般在12m以下；鋼筋混凝土結構自重大，地震力也大，施工工期長；而鋼結構廠房相比有以下優(yōu)點：1）自重輕，抗震性能好。采用高效輕型薄壁型材，構件截面特性優(yōu)良，相對承載力高，受力性能良好，整體剛度大，抗震性能好，減輕結構重量，降低基礎費用。2）供貨迅速，安裝方便，可以比混凝土結構至少縮短一半工期。在當前貸款利率高的金融形式下，早投產(chǎn)，早回收投資，這對于降低工程總造價，增加投資效益幅度是十分重要的。3）干法施工，裝備化程度高，建設快速，高效，質(zhì)量有保證。4）輕鋼結構在生產(chǎn)和使用的過程中能源與原材料消耗低，建筑垃圾少，粉塵少，噪音低，具有很高的可重復使用性和可循環(huán)性，因此是一種綠色環(huán)保結構。由于本廠房跨度較大，橋式中吊車噸位較高，考慮到鋼排架對地基沉降的敏感程度較小等特點，所以選用了鋼排架的結構形式。
三、概念設計和受力機理
在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調(diào)的是 “概念設計”。結構的布置要根據(jù)體系特征、荷載分布情況及荷載類型等綜合考慮。盡量做到剛度均勻，力學模型清楚，盡可能讓荷載作用沿著最直接的線路傳遞到基礎，柱間抗側支撐的分布應均勻，其形心要盡量靠近側向力的作用線，否則應考慮結構的扭轉，結構的抗側體系應有多道防線。筆者通過規(guī)范規(guī)程的學習，在做了大量設計的基礎上，深刻體會到鋼結構支撐在結構體系中的重要作用，現(xiàn)總結如下：支撐的作用從整體而言主要是： 保證廠房結構的縱向及橫向水平剛度，并將平面結構聯(lián)結成整體空間結構，增強廠房的整體穩(wěn)定和空間剛度。傳遞某些局部水平荷載（如縱向風荷載、吊車縱向制動力等） 到主要承重結構構件。在施工和使用階段，保證結構構件的穩(wěn)定性。單層廠房支撐分屋蓋支撐和柱間支撐兩類，分述如下：
1.屋蓋支撐
屋蓋支撐包括上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、縱向水平支撐、垂直支撐及系桿等。1）橫向水平支撐。上弦橫向水平支撐的作用是： 構成剛性框，增強屋蓋的整體剛度，保證屋架上弦的側向穩(wěn)定，同時將山墻抗風柱傳來的風力傳遞到排架柱。下弦橫向水平支撐的作用是： 當屋架下弦設有懸掛吊車或其他設備產(chǎn)生水平力時，或當抗風柱與屋架下弦連接，抗風柱風力傳至下弦時，能保證水平力或風力傳至排架柱。2）屋架間的垂直支撐及水平系桿。垂直支撐和下弦水平系桿的作用是保證屋架的整體穩(wěn)定（抗傾覆） 以及防止在吊車工作時（或有其他振動時）屋架下弦的側向顫動。上弦水平系桿則用以保證屋架上弦受壓翼緣的側向穩(wěn)定（防止局部失穩(wěn)） 。3）屋面梁（屋架）間的縱向水平支撐。下弦縱向水平支撐的作用是： 保證橫向水平力的縱向分布，增強排架的空間工作，提高廠房剛度。設計時應根據(jù)廠房跨度、跨數(shù)和高度，屋蓋承重結構方案，吊車起重量及工作制等因素考慮在下弦平面靠近支座端部節(jié)間中設置。如廠房設有橫向水平支撐時，則縱向水平支撐應盡可能同橫向水平支撐形成封閉的支撐體系。當廠房設有托架時必須設置縱向水平支撐。如果只在部分柱間設有托架，則必須在設有托架的柱間和兩端相鄰的一個柱間設置縱向水平支撐，以承受屋架傳來的橫向風力。
2.柱間支撐
柱間支撐的作用是： 提高廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性；把吊車縱向制動力和山墻抗風柱經(jīng)屋蓋系統(tǒng)傳來的風力（或縱向地震力）再經(jīng)柱間支撐傳給基礎。對于有吊車的廠房，柱間支撐分上部和下部兩種，前者位于吊車梁上部，用以承受作用在山墻上的風力并保證廠房上部的縱向剛度；后者位于吊車梁下部，承受上部支撐傳來的力和吊車梁傳來的吊車縱向制動力，并把它們傳至基礎。
四、設計計算
按排架結構進行計算，有幾個設計要點需要注意：
1）基礎。除發(fā)生沖切、剪切破壞之外，還存在較大的彎矩作用，從而導致基礎產(chǎn)生傾覆和滑移破壞。在風荷載較大的情況下，特別對于一些敞開和半敞開的結構，輕鋼結構自重很輕，有可能不足于抵抗風荷載產(chǎn)生的上拔力，導致基礎上拔破壞。為了防止這些破壞的發(fā)生，最經(jīng)濟有效的辦法是增加基礎埋深，對于輕鋼結構基礎，還須預埋地腳螺栓，用于上部結構和基礎的連接，若錨栓離混凝土基礎邊緣太近，會產(chǎn)生基礎劈裂破壞，因此，錨栓離基礎邊緣的距離不得小于 150mm，若錨栓長度過短，會使錨栓從基礎中拔出，導致基礎破壞，所以規(guī)范也規(guī)定了錨栓埋入長度。
2）柱腳。柱腳為剛性固定連接，剛性固定連接分為三種形式： 露出式柱腳、埋入式柱腳、包腳式柱腳，本設計采用了露出式柱腳即靴式柱腳，在設計手冊中有詳細的計算過程，可以做到精確計算，對于跨度較大，吊車荷載噸位較高的情況，認為采用埋入式更為合適，對提高和確保鋼柱腳和鋼筋混凝土基礎或基礎梁的組合效應和整體剛度有利。
3）牛腿處設鋼系桿。下柱截面高度為1100mm，吊車梁與牛腿連接距下柱形心距離偏心太大，不能保證柱的側向穩(wěn)定，所以在牛腿標高處增設鋼系桿，以減小柱的計算長度，以防柱失穩(wěn)，計算時考慮與吊車梁共同傳遞縱向水平力，同時作為排架柱的側向支撐點。
4）屋架。對于具體工程，屋架設計時應考慮到排架柱對屋架下弦產(chǎn)生的附加拉力或壓力，以及在吊車荷載設計值和永久荷載標準值組合下下弦桿是否受壓，如受壓時其長細比不宜超過200，根據(jù)具體情況對下弦桿進行強度和穩(wěn)定性驗算。當風荷載較大，屋架下弦桿在永久荷載標準值和風吸力荷載設計值共同作用下受壓時，為滿足λ≤200，可加密下弦系桿。
結語
綜上所述，，隨著鋼結構設計技術的日益成熟，加上鋼結構在現(xiàn)代建筑中由于用鋼量少，安裝設計時間短，工業(yè)化生產(chǎn)程度高等優(yōu)勢，使得在廠房、倉庫等大跨度結構中得到更廣泛的應用。設計師也要與時俱進，把握時代脈搏，掌握鋼結構設計的新理念，做出更經(jīng)濟、更合理、更低碳環(huán)保的鋼結構設計。
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