钢结构厂房设计中应注意的问题

时间：2024-10-30

刘红军

（郑州市中原区陇海西路330号，河南郑州 450000）

在我国经济迅速发展的同时，工业化进程逐渐加快。厂房是工业发展的基础，因而厂房建设质量受社会各界重视[1]。钢结构厂房具有施工难度低、施工周期较短等优点，但是受材料影响设计人员应考虑钢结构防火性能及抗腐蚀性能不足等问题，以保证钢结构厂房设计质量。

1 钢结构厂房特点及优点

1.1 钢结构厂房特点

随着工业行业的不断发展，厂房建设规模逐渐扩大。受钢结构特点影响，钢结构厂房在工业企业中得到广泛应用。钢结构厂房特点主要有以下几点：

（1）钢结构跨度较大。正是由于钢结构具有跨度大这一特点，钢结构可满足厂房规划设计的众多要求。部分厂房设计中，要求厂房内部空间大于普通厂房。为满足这一目标，需增加厂房跨度与高度。钢材的强度高且自重轻，可以满足钢结构厂房的大跨度与高度要求。另外，相较于其他材料，钢结构自重较轻、运输难度低，可依据工程需求，改变钢结构厂房形状，因而钢结构适用范围比较广。（2）钢结构的制作、安装工业化程度高，钢结构构件的制作主要是在专业化工厂中进行，制作简便，精确度高。制成的构件运到现场安装，装配化程度高，安装速度快，施工期短。（3）钢结构厂房承重能力较强。钢结构厂房中使用了三角形结构，可提高厂房稳定性，因而厂房设计中选用钢结构的日益增多。

1.2 钢结构厂房优点

（1）现阶段，我国选择钢结构的厂房有很多，其主要原因为：大部分厂房用于存放、安置机械设备。部分流水线工厂的生产设备是由多个大型零部件组装而成，这些厂家对厂房空间要求较高。通常情况下，利用大型吊车完成厂房纵向空间、横向位移操作。钢结构可满足厂房使用要求。（2）钢结构厂房承重能力强。部分厂家生产过程中，需要重量在数吨的吊车支持。吊车、货物重量较大，对于厂房结构材料要求比较高。钢结构建筑中大多选用三角结构，因而钢结构厂房承载能力较强[2]。（3）钢结构厂房具有环保性较好这一优点。传统的厂房建设中大多选用木材、混凝土材料，这些材料在重建或拆除后不能重复利用，还好造成大量建筑垃圾。在增加企业成本的同时，会引发环境污染问题。相反，钢结构在重建、拆除后可重复利用，以免造成环境污染。（4）钢结构抗震性能较好。钢结构厂房规划设计、施工中大多选用三角支撑，利用螺丝、焊接方式固定钢结构连接位置，因而钢结构稳定性较高，不易出现垮塌事故。

图1 钢结构厂房示意图

2 钢结构厂房设计中需注意的问题

2.1 屋面设计

屋面设计过程中，设计人员需重视屋面防水工作。因而，设计人员需考虑屋面坡度、天沟种类、单坡屋面长度等因素，依据施工技术要求、实际工程情况合理调整屋面坡度，保证屋面防水质量。不同地区温度、降雨量不同，因而设计人员需充分了解项目所在地温度情况、降雨量，合理确定单坡屋面长度并调整屋面坡度。

2.2 科学设置温度伸缩缝

若温差较大，钢结构厂房将产生温度应力，温度应力超过标准时钢结构可能出现变形问题。为免出现此问题，需在大型钢结构厂房合理设置温度伸缩缝[3]。我们可将温度伸缩缝分为纵向伸缩缝、横向伸缩缝两类。在设置温度伸缩缝之前，设计人员需确定温度区段长度，之后利用单柱、双柱方式合理设置温度伸缩缝。在设置纵向伸缩缝时，设计人员可利用滚动支座开展设计工作；在设置横向伸缩缝时，设计人员可利用椭圆孔滑动方式或槽钢夹板滑动开展设计工作。

图2 钢结构厂房屋面示意图

2.3 立面设计

为保证钢结构厂房立体效果，设计人员不仅要满足钢结构厂房功能要求，还需保证钢结构厂房美观性。规划设计中，设计人员需由多角度探析钢结构厂房规模、厂房色彩、厂房线条等设计要素。以往厂房规划设计、施工中，大多采用砖砌方式建设厂房外墙，之后在厂房外墙涂抹涂料。通常情况下，厂房外墙位置设置有采光窗，但是此种设计方式较为单一，影响厂房美观性，厂房采光及通风效果不够好。现阶段，厂房规划设计中大多选用彩色压型钢板，如此可在保证厂房性能的同时，提升厂房美观性。另外，可在钢结构厂房屋面配置采光板，以提高厂房采光效果。

2.4 设置支撑系统

为确保钢结构厂房空间满足企业生产要求，需提升钢结构厂房刚度，保证钢结构承载能力，以免钢结构杆件在力的作用下出现变形情况[4]。规划设计人员需详细分析钢结构厂房具体结构形式、车间设置吊车数量、振动设备等，保证支撑系统设置合理性。通常，钢结构厂房支撑系统是由柱间支撑、屋盖支撑系统组成。钢结构厂房规划设计中，需保证每个温度区段都设置有柱间支撑系统，以保证厂房稳定性。同时，设计人员需确保柱间支撑系统、屋盖支撑的协调性。下柱支撑位置将影响钢结构稳定性、钢结构温度应力大小，因而设计人员在设置下柱支撑时，需尽量将下柱支撑设置在钢结构每个温度区中间位置，确保吊车梁等构件可依据温度变化向着两侧伸缩。若温度区段长度在150米以上，规划设计中需在每个温度区段设置两个下段柱支撑。设计人员应尽量选择温度区段中间三分之一范围内设置下段柱支撑。为免温度应力过大影响钢结构厂房稳定性，需将两个下段柱支撑中心距离控制在72米以内。钢结构厂房规划设计中，需在下段柱支撑的柱间设置上段柱支撑。另外，为提升钢结构厂房上部纵向刚度，保证厂房抗震性能，需在温度区段两端柱间设置上段柱支撑。

2.5 做好防锈处理工作

很多厂房选择建在潮湿环境中，若未对钢材进行防锈处理，钢结构将出现腐蚀问题。若钢结构被腐蚀，钢结构界面厚度减小，钢结构应力条件改变，导致厂房稳定性及使用寿命受影响。因而，为提升钢结构厂房稳定性、延长钢结构厂房使用寿命，需重视钢材防腐蚀问题、做好防锈处理工作。我们可采取以下措施：第一，设计人员全面掌握钢结构厂房信息，主要涉及厂房位置、厂房布局、施工材料、车间生产工艺等，第二，为提升钢结构厂房安全性，需在钢结构表面涂抹防锈漆，且需严格控制防锈漆涂抹厚度及层数。第三，针对暴露在露天环境下的钢结构，需严格控制钢材厚度，采取有针对性防护措施，以免在外界环境影响下钢材被腐蚀。

2.6 隔热及防护设计

在钢材受热温度在100摄氏度以上时，在温度逐渐增高的同时，钢材强度随之降低。在钢材受热温度在250摄氏度时，钢材强度增高，但是钢材塑性降低。在钢材受热温度在250摄氏度以上时，钢材将出现徐变情况。在钢材受热温度为500摄氏度时，钢材强度最低。由此可见，在钢材受热温度达到150摄氏度时，为确保钢材导热性能，需采取隔热、防火措施，以保证钢结构厂房稳定性。设计过程中，设计人员需注意以下几点：第一，为提升钢结构厂房保温隔热性能，可采取浇筑混凝土、使用耐火性能强砖块的措施。第二，为达到充分释放钢结构中热量的目的，可在钢结构周围设置硬质板材。第三，依据钢结构厂房所处区域天气情况，在钢结构表面涂抹适量防火材料，以提升钢结构保温隔热性能。

2.7 做好节点设计

钢结构节点连接方式、连接质量将影响钢结构厂房建设质量及安全性。因而，需依据钢结构传力特点，综合分析施工现场、钢结构吊装顺序等因素，合理选择节点连接方式。通常，可选用刚接、半刚接、铰接等节点连接方法。焊缝连接不需要附加连接板，不需进行开孔操作，因而焊缝连接施工难度低，且连接紧密。焊接施工中，钢结构可能受焊接残余应力等因素的影响。螺栓连接施工难度较低，但是施工中需保证螺栓孔对准。通常情况下，梁柱节点连接时大多选用高强度螺栓，檩条与梁柱连接位置大多选用普通螺栓。

2.8 抗震设计

众所周知，钢结构有抗震效果。若设计不够合理，在遭遇地震时，钢结构厂房易出现倒塌事故。钢结构厂房设计中，设计人员需考虑其抗震性能，依据我国抗震标准做好抗震设计工作，以保证钢结构厂房设计质量。为提升钢结构厂房抗震设计效果，设计人员需注意以下问题：第一，保证钢结构厂房整体质量、刚度，保证厂房受力均衡性，避免由于厂房刚度不均衡引发钢结构变形问题。为充分发挥钢结构载荷能力、降低钢结构形变几率，需尽量选择钢架或框架作为厂房横向结构。第二，影响钢结构厂房安全性的一个重要因素是杆件失稳，因而为规避此问题，设计人员需科学设置支撑系统。第三，若厂房围护墙抗震防裂强度为7到8度之间，可选用钢筋混凝土墙板、轻型墙板；若厂房围护墙抗震防裂强度为9度，需选用轻型墙板。