鋼結構在工業建筑中的應用分析

【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。
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