大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施

1、    大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施    夏正新摘要：就工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)而言，工業(yè)廠房發(fā)揮著不可取代的作用，其性能的優(yōu)劣直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率。為此，在建造工業(yè)廠房過(guò)程中，為了降低給環(huán)境產(chǎn)生的不利影響，將工業(yè)廠房建筑施工費(fèi)用降至最低，增加建筑的美觀度，一般建設(shè)主體會(huì)選擇以鋼結(jié)構(gòu)為施工原材料。大空間鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房是一種集自重輕、抗震性能強(qiáng)、可供企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)的重要場(chǎng)地，其結(jié)構(gòu)性能會(huì)對(duì)化工企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生顯著影響。鑒于此，迫切需要優(yōu)化大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，本文將重點(diǎn)探討大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);工業(yè)廠房;優(yōu)化設(shè)計(jì)大空間工

2、業(yè)廠房作為化工企業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)場(chǎng)所，其施工質(zhì)量與工作人員的人身安全以及工業(yè)生產(chǎn)效率息息相關(guān)，因此要重視其建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，憑借著自身特有的優(yōu)勢(shì)，鋼結(jié)構(gòu)工程的運(yùn)用范圍愈來(lái)愈廣，且逐步取代了傳統(tǒng)廠房磚混結(jié)構(gòu)的位置。眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房有自重輕、抗震性能突出等特征，對(duì)企業(yè)各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)的開(kāi)展具有重大影響，為此有必要深層次研究如何優(yōu)化大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。1 大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題1.1 精確度不高在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠程度主要由荷載取值的精準(zhǔn)性所決定，然而部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)中無(wú)法有效確保荷載取值的精準(zhǔn)性，造成由于墻體布置影響結(jié)構(gòu)整體剛度、支撐物安裝

3、位置不科學(xué)等，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)總體的穩(wěn)定程度受到不良影響。1.2 整體布局存在問(wèn)題在大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要重視整體的布局，堅(jiān)持用整體觀念著眼于方案的設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)廠房是企業(yè)布局中的重要構(gòu)成，是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)的關(guān)鍵場(chǎng)地之一。在大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須綜合考慮企業(yè)特征、廠房要求、氣候以及面積等諸多因素，促進(jìn)廠房和企業(yè)其他建筑之間能夠維持協(xié)調(diào)。然而，部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)大空間工業(yè)廠房過(guò)程中沒(méi)有站在大局角度進(jìn)行考慮，導(dǎo)致工業(yè)廠房和其他建筑的位置出現(xiàn)矛盾;比如居住區(qū)和工業(yè)廠房相距太近，廠房形成的有害氣體或者噪聲，會(huì)影響周?chē)用竦墓ぷ餍逝c身體健康等問(wèn)題。1.3 建筑結(jié)構(gòu)不科學(xué)項(xiàng)目造價(jià)和企業(yè)效益

4、存在密切聯(lián)系，實(shí)際上設(shè)計(jì)大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)費(fèi)用的高低關(guān)乎到整個(gè)廠房的施工成本，然而部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)時(shí)沒(méi)有重視成本控制問(wèn)題。比如設(shè)計(jì)大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的方案不合理，未將承重結(jié)構(gòu)的安裝工作做到位，導(dǎo)致資源浪費(fèi)問(wèn)題出現(xiàn)，有的甚至使廠房安全質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，此時(shí)就需要重建拆除，導(dǎo)致項(xiàng)目成本與返工頻率的增加。1.4 溫度影響產(chǎn)生伸縮縫由于溫度應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致建筑物開(kāi)裂，在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)體系不同而設(shè)置伸縮縫，是規(guī)范所規(guī)定的內(nèi)容，一般情況均應(yīng)遵照?qǐng)?zhí)行。但是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物中由于設(shè)置了伸縮縫卻帶來(lái)很多問(wèn)題，尤其在地震區(qū)更是問(wèn)題多多。2 大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

5、優(yōu)化措施2.1 抗震性設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)大空間工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)過(guò)程中，要重視工業(yè)廠房的抗震性能。為強(qiáng)化抗震效果，設(shè)計(jì)人員需要采用合理的設(shè)計(jì)方案，一方面要精準(zhǔn)掌握與之對(duì)應(yīng)的抗震等級(jí)，另一方面要嚴(yán)格控制鋼結(jié)構(gòu)的整體效果，將相關(guān)預(yù)防工作做到位，有效確保廠房建筑的可靠性與穩(wěn)定性。在場(chǎng)地的選擇上要優(yōu)先選用對(duì)廠房結(jié)構(gòu)有利的地段，在廠房的結(jié)構(gòu)平面布置上要突出整體性，要合理做好整體穩(wěn)定、整體與局部穩(wěn)定之間的關(guān)系;在平面布置時(shí)宜采用穩(wěn)定性能較強(qiáng)的矩形，立面宜簡(jiǎn)單對(duì)稱(chēng)，同時(shí)在平面布置過(guò)程中要注意鋼架、柱間支撐的布置堅(jiān)持簡(jiǎn)單對(duì)稱(chēng)的原則，這樣的設(shè)計(jì)可提高廠房整體構(gòu)造的荷載力和穩(wěn)定性能，使廠房抵御地震災(zāi)害的能力顯著增強(qiáng)。2.2

6、防火、隔熱設(shè)計(jì)現(xiàn)階段，在大空間工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)取得了大范圍運(yùn)用。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)有塑性強(qiáng)、強(qiáng)度高等特征，然而鋼材易受溫度影響，鋼材導(dǎo)熱性強(qiáng)，當(dāng)溫度超過(guò)100時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度會(huì)變差，可塑性增強(qiáng)。但在溫度超過(guò)250的情況下，其可塑性會(huì)變差。在相關(guān)應(yīng)力作用下，碳素鋼（大于420度）合金鋼（大于420500度）時(shí)發(fā)生蠕變，其隔熱、防火能力往往會(huì)劣于混凝土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房存在顯著安全隱患。鑒于此，在設(shè)計(jì)大空間工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)過(guò)程中，如果鋼結(jié)構(gòu)表面溫度超過(guò)了150，為保證工業(yè)廠房的可靠性與安全性，要重視隔熱性能與防火性能1。為提升防火設(shè)計(jì)的合理性，首先要考慮其生產(chǎn)類(lèi)別、施工工藝

7、圖、工業(yè)廠房對(duì)隔熱、防火的需求等影響因素，將防火等級(jí)確定下來(lái)后，以國(guó)家防火規(guī)范為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合防火等級(jí)要求和質(zhì)量要求選用合適的材料，并將防火涂料涂抹于鋼材表面。同時(shí)，在進(jìn)行防火設(shè)計(jì)過(guò)程中需優(yōu)化大空間工業(yè)廠房的平面布局，合理設(shè)計(jì)安全疏散通道、防火隔熱設(shè)施、消防樓梯等，以有效保證火災(zāi)事件突發(fā)的情況下可安全撤離在場(chǎng)生產(chǎn)的工作人員，減少人員傷亡數(shù)量，降低火災(zāi)引發(fā)的負(fù)面影響。而在進(jìn)行隔熱設(shè)計(jì)過(guò)程中，要做好耐熱保護(hù)工作，比如對(duì)于化學(xué)工業(yè)廠房，應(yīng)做好對(duì)其內(nèi)部的加熱爐周?chē)椛鋮^(qū)域中鋼材的相關(guān)保護(hù)工作。2.3 屋蓋支撐體系設(shè)計(jì)屋蓋支撐體系的設(shè)計(jì)和屋蓋架構(gòu)形式、生產(chǎn)車(chē)間的跨度與高度、吊車(chē)的噸位及其設(shè)置等諸多因

8、素息息相關(guān)。一般而言，不管是否存在鑲條，都應(yīng)將縱向支撐設(shè)立于屋蓋架構(gòu)內(nèi)。如果大空間工業(yè)廠房屋架中或是其20米范圍內(nèi)設(shè)置了大規(guī)模振動(dòng)裝置或是大噸位吊車(chē)，就要將垂直方向的支撐安設(shè)于廠房?jī)?nèi)部。此外，在設(shè)計(jì)此支撐過(guò)程中，應(yīng)采取天溝方式將屋面坡度設(shè)置到位，這樣才能有效確保工業(yè)廠房建筑具有較為優(yōu)越的防水性能。2.4 鋼結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)承重柱的高度、間距以及跨度對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的截面大小具有決定性影響，為此要采取合理方式將設(shè)計(jì)工作做到位。首先，要把所有會(huì)對(duì)承重柱的間距、高度、跨度形成影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)地計(jì)算，保證這些數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，否則容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差2。只要能保證截面設(shè)計(jì)合理、科學(xué)，就能增加建筑物的美觀度。2.5 立面

9、設(shè)計(jì)立面設(shè)計(jì)指的是以形狀設(shè)計(jì)、顏色布局、規(guī)模等為著眼點(diǎn)，使工業(yè)廠房的外觀發(fā)生變化，對(duì)其予以美化加工。為此，在設(shè)計(jì)工業(yè)廠房過(guò)程中，一方面要高度重視顏色的搭配，顏色處理得當(dāng)，對(duì)工作人員工作的積極性具有顯著的調(diào)動(dòng)作用。比如入口處宜選用跳躍性顏色，增加入口的清晰度與立體感，讓員工能提早進(jìn)入工作狀態(tài);以鮮艷的顏色標(biāo)注于危險(xiǎn)位置，警示工作人員切勿接觸;用采光板裝飾廠房，以其頂替窗戶(hù)，防止建筑的整體性與線條遭到破壞。2.6 伸縮縫設(shè)置設(shè)計(jì)2.6.1 在設(shè)計(jì)大空間工業(yè)廠房過(guò)程中，框架梁多數(shù)采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，可以減少柱數(shù)量、增強(qiáng)梁板剛度。在梁中所施加的預(yù)壓應(yīng)力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力，

10、從而達(dá)到擴(kuò)大溫度伸縮縫間距的目的。2.6.2 在設(shè)計(jì)大空間工業(yè)廠房過(guò)程中，帶設(shè)置的寬度和間距，在規(guī)范中規(guī)定間距約為每 3040m 設(shè)置一道后澆帶，帶寬 0.81.0m。如果在施工條件許可的情況下，還可以將后澆帶的寬度適當(dāng)放大。2.6.3 對(duì)于單層高低兩跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，在高低跨處容易產(chǎn)生的應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，為此對(duì)此部位采取有效了構(gòu)造措施。3 結(jié)語(yǔ)：綜上所述，大空間鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房憑借著自身具有建造費(fèi)用低、外觀美、建造時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)被大范圍地應(yīng)用。近些年來(lái)，我國(guó)出現(xiàn)了許多化工企業(yè)，其對(duì)工業(yè)設(shè)施提出了相當(dāng)高的要求，對(duì)空間的要求也愈來(lái)愈高，導(dǎo)致大空間鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)面臨著巨大挑戰(zhàn)。為此，相關(guān)