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鋼結構在工業建筑中的應用分析

作者:李林忠時間:2017-07-27 09:49:25  來源:  閱讀次數:728次 ]
【摘要】鋼結構體系在我國方興未艾,目前正在逐漸成為我
國建筑業的主力陣容,并將最終成為我國建筑業的主流建筑工藝。
在我國,鋼結構以其無與倫比的特性而獲得了較為廣泛的應用與
發展空間。本文剖析了工業建筑設計施工環節中鋼結構的應用,
并對其中存在的問題提出了相應的解決措施。
【關鍵詞】鋼結構;工業建筑;應用
引言
鋼結構由于其特有的架構使得同樣的建筑面積,鋼結構可以
增大住宅的空間使用面積并且還減少了建筑垃圾的排放與對環境
產生的嚴重的污染。由于鋼結構的積木式建筑方式,使得建筑材
料完全可以循環利用,重復使用。
一、工程概況
某合金鑄造廠房熔化澆注設備集中設置于主廠房內,由于工
藝流程復雜,室內又有高溫熱源,酸性氣體腐蝕的影響等,故對
廠房結構設計提出了特殊要求,造成結構設計的復雜性。廠房一
層平面為矩形,總建筑面積 9408m
2 ,長 98m,寬 64m,跨度 24m,
柱距 18m,網架底標高 11.8m,檐口標高 15.6m。主跨內設有一臺
16t/3.2t、一臺 20t/5t 工作制橋式起重機,軌頂高 9m。
二、結構方案的確定
由于受工藝流程配置的要求,主廠房采用鋼柱鋼網架結構,
頂部為正放四角錐焊接球網架。柱截面為 H 型鋼,鋼板焊制。廠
房四周設置 6 米間距抗風柱,柱間垂直支撐,設備管道沿外墻布
置。鋼結構拼接連接采用摩擦型高強度螺栓,保證了結構體系的
抗側彎剛度及穩定。
三、鋼結構的優點
鋼結構工業廠房因其施工速度快、自重輕、抗震性能好、環
保等特點在建筑工程中已被廣泛認可,與鋼筋混凝土結構相比,
有其獨特的優點:鋼結構自重輕。鋼結構的容重雖然較大,單與
其它建筑材料相比,它的強度卻高很多,因而當承受的荷載和條
件相同時,鋼結構要比其它結構輕,便于運輸和安裝,并可跨越
更大的跨度。自重輕不僅可以減少運輸和吊裝費用,還可以降低
基礎造價,其綜合經濟優于鋼筋混凝土結構體系。鋼結構布置靈
活。鋼結構能滿足工業廠房建筑設計的大跨度要求,跨度最大可
達 48m,在梁高相同的情況下,鋼結構的開間可比混凝土結構的開
間大 50%,從而使柱網布置更加靈活?v向溫度區段長度允許 300m,
橫向溫度區段長度允許 150m,符合工業廠房不設變形縫的要求。
鋼結構節約面積。鋼結構與混凝土結構相比節約結構占用面積,
增加使用面積,空間利用率高。網架結構形成的屋面下部空間較
大,可布置各種管道,如通風、消防、空調冷水、采暖、給水、
封閉母線、壓縮空氣等,充分利用建筑空間,節約投資。鋼結構
抗震性能好。由于鋼結構本身具有較好的塑性和韌性,故能夠充
分耗散地震能。不會因為偶然超載或局部超載而突然斷裂破壞,
鋼結構對動力荷載的適應性較強,鋼梁、鋼柱組成柔性框架可抵
抗 8 度以上地震,因此鋼結構在地基承載力低和地震設防烈度較
高的地方應用廣泛。鋼結構施工速度快。輕鋼廠房全部鋼構件都
可以在專業化的金屬結構制造廠制作加工,機械化生產程度高,
保證精度,確保質量。制成的構件運到現場組裝,現場通常只需
進行緊固件和螺栓的安裝,施工速度快,大大縮短建設周期,使
廠房能盡快建成投產,獲得良好的經濟效益。鋼結構屬于環保建
筑。鋼材本身是一種高強度高效能的材料,相比混凝土結構施工,
鋼結構安裝屬于干式作業,對環境的污染少,沒有噪聲和粉塵污
染;已建成的鋼結構易于拆卸、加固或改造,同時還可以回收再
利用,綠色環保,具有很高的再循環價值。
四、鋼結構在工業廠房設計中需注意的問題
雖然鋼結構工業廠房有很多優點,但作為一種材料,它也有
很多缺點,例如防火性能差、易銹蝕等,在設計與施工的過程中
一定要考慮到這些因素。
4.1 鋼結構工業廠房的防火設計
鋼結構工業廠房防火能力很差,當鋼材受熱在 100℃以上時,
隨著溫度的升高,鋼材的抗拉強度降低,塑性增大;溫度在 250℃
左右時,鋼材抗拉強度略有提高,而塑性卻降低,出現藍脆現象;
當溫度超過 250℃時鋼材出現徐變現象;當溫度達 500℃時,鋼材
強度降至很低,以致鋼結構塌落。因此,鋼結構必須做隔熱及防
火設計。①正確定義建筑物生產的火災危險性類別,合理確定建
筑的耐火等級依據《建筑設計防火規范》,對廠房生產火災危險性
分為甲、乙、丙、丁、戊五類,如果確定工程為二級耐火等級,
就應該嚴格按照二級耐火等級加涂防火涂料進行防護,使鋼構件
達到二級防火等級的耐火極限要求。②設計時要選用恰當的鋼結
構防火保護方法對鋼結構采取有效的保護,就是將鋼結構的耐火
極限提高到規范規定的值,防止鋼構件遇火發生變形塌落。目前,
保護鋼結構廠房最常用的方法是在其表面涂覆鋼結構防火涂料,
發生火災時它作為耐火隔熱保護層,有效地提高鋼構件的耐火極
限,滿足現行國家規范的要求。在使用防火涂料時,應當注意防
火涂料和底層防腐涂料的相互匹配,不得與底層防腐涂料發生化
學反應,以免影響防腐防火效果。我們在設計時,要根據不同建
筑對構件耐火極限的要求,通過科學比較,選出最恰當的防火保
護方法,達到經濟和安全要求。③鋼結構建筑設計時要合理劃分
建筑物的防火分區,對每個防火分區的面積進行嚴格的控制。同
時要控制每個分區的疏散口數量及疏散距離,安全出口是指符合
防火規范規定的疏散樓梯、直通室外地平面或安全區域的門。由
于鋼結構建筑自身存在的弱點,我們在設計時要充分考慮人員疏
散的因素,將人員密度指標和鋼結構建筑的特點綜合起來考慮,
加強對安全疏散路線、疏散距離、疏散寬度的設計要求,科學設
置疏散指示標志,使人員能快速疏散到安全地帶,從而大大減少
人員傷亡和人民財產損失。
4.2 鋼結構工業廠房的防腐設計
鋼結構表面直接暴露在大氣中就會銹蝕,當鋼結構廠房空氣
中有侵蝕性介質或鋼結構處在潮濕環境中時,鋼結構廠房銹蝕就
會更加明顯和嚴重。鋼結構的銹蝕不僅會使構件截面減小,還會
使鋼構件表層局部產生銹坑,當構件受力時將引起應力集中現象,
使結構過早破壞。因此,對鋼結構廠房構件的防銹蝕問題應予以
足夠的重視,并應根據廠房侵蝕介質情況和環境條件在總圖布置、
工藝布置、材料選擇等方面采取相應對策和措施,以確保廠房結
構的安全。
為了防止金屬表面銹蝕,常采用防銹防腐涂料對其進行涂裝
保護,保護層透氣是造成金屬表面失去陰極保護而加快銹蝕速率
的誘因。因此,防腐涂層只有具備了致密、疏水性強、附著力好、
電阻大或涂層足夠厚的條件時,才能有效地屏蔽水蒸氣、氧氣、
氯離子等的侵蝕,起到物理防銹作用。一般室內鋼結構在自然大
氣介質作用下,要求涂層厚度 100μm,即底漆兩道,面漆兩道。
露天鋼結構或在工業大氣介質作用下的鋼結構,要求漆膜總厚度
為 150μm~200μm。在酸環境中的鋼結構要求使用氯磺化防酸漆。
鋼柱柱腳在地面以下部分要用不低于 C20 的混凝土包裹,其保護
層厚度不小于 50mm。
五、結束語
鋼結構具有強度高、生產制作工業化程度高、施工速度快的
特點,目前在工業建筑中較為廣泛的得到應用。雖然鋼結構在工
業建筑中的發展有一些制約因素,但是隨著人們對鋼結構及其技
術認識的不斷提高,配套材料的不斷完善,它在工業建筑中必將
取得飛速的發展。
參考文獻:
[1]劉二燕.輕型鋼結構在工業建筑中的設計應用[A].《建筑
科技與管理》組委會.2015 年 5 月建筑科技與管理學術交流會論文
集[C].《建筑科技與管理》組委會,2015:2.
[2]路慧軍.鋼結構在工業建筑設計施工環節中的優化思考
[J].江西建材,2014,(23):17.

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