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钢结构厂房设计现状与优化对策

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钢结构厂房设计现状与优化对策

发布日期:2022-05-10 作者: 点击:

  随着国民经济的快速发展,钢结构在建筑领域发挥着重要作用,在工业和民用建筑中发挥着越来越重要的作用。钢结构以其突出的特点迅速占据了越来越广阔的市场。其特点是:整体刚度和抗震性能好,施工速度快,重量轻,承载力高,在大跨度和超高层建筑中取代了钢筋混凝土结构,但也存在防火性能差、易腐蚀等缺点,根据其特点发挥钢结构的作用,现分析了钢结构厂房设计的现状和优化对策。


  1.钢结构工业厂房概述。


  1.1.钢结构工业厂房的优越性。


  目前,在我国工程厂房设计施工过程中,人们主要以钢结构材料为主要施工材料,其优点主要体现在以下几个方面:


  (1)在工业厂房现场施工过程中,由于钢结构材料可以工业批量生产,施工过程中使用的机械设备可以现场组装。因此,大大缩短了工程施工周期,降低了工程总投资成本。


  (2)与混凝土结构材料相比,钢结构材料具有重量轻、强度高的特点。因此,在实际应用过程中,不仅可以大大降低建筑结构在使用中产生的荷载,还可以有效提高厂房结构的稳定性和可靠性。而且采取可靠的防腐措施后,钢结构在使用时也具有很强的耐腐蚀性,这也使得工业厂房结构在使用时不受外部环境因素的影响,导致结构的稳定性和耐久性出现问题。


  (3)钢结构材料强度高,投资成本低,可多次回收,使钢结构工业厂房具有良好的环保节能功能,为中国社会经济的可持续发展奠定了坚实的基础。


  1.2.钢结构工业厂房的设计原则。


  钢结构设计工业厂房应从工程实际情况出发,合理选择材料、结构方案和结构措施,满足运输、安装和使用过程中结构构件的强度、稳定性和刚度要求,满足防火、防腐要求,优先考虑一般和标准化构件,减少生产和安装工作量。钢结构设计文件应注明建筑结构的设计使用寿命。所使用的钢品牌号。连接材料的型号(或钢号)。


  2.钢结构工业厂房结构设计的主要特点。


  钢结构厂房广泛应用于世界各地,尤其是在发达国家。钢结构厂房通常适用于仓库、工业厂房、展厅、净化车间和超市。其设计的主要特点如下:


  ①空间和跨度大,建筑质量轻,强度高;


  ②设计一般采用先进的方法,能充分满足钢材对冲击、变形、抗震、刚性等方面的要求;


  ③钢结构建筑可重复使用,移动迁移非常方便,避免了大量钢材的浪费,保护环境免受污染;


  ④钢结构独特轻巧,实际占用面积小,应用面积广,增加了建筑内的使用空间;


  ⑤构件标准,生产精良,安装方便快捷,有效缩短工期,降低投资成本;


  ⑥采取可靠的防火防腐措施后,具有较高的防火性和较强的防腐性。


  3.钢结构工业厂房设计现状及优化对策。


  在钢结构厂房稳定性研究过程中,关键的内容是轴力与弯矩耦合效应,然后是整体稳定与局部稳定的关系。目前,钢结构厂房设计中的安全系数无法反映整体与局部的关系。结构参数不确定,结构响应差异显著,随机参数结构极值处于不稳定状态。因此,应不断优化钢结构厂房设计,提高其使用性能和安全性能。


  3.1.优化钢材保温防火。


  钢具有较高的导热性,导热系数为50w(m.℃)。当加热达到100℃以上时,其抗拉强度会降低,塑性会增加;当温度达到250℃时,钢的抗拉强度会略有提高,但塑性会降低,出现蓝脆现象;当温度达到500℃时,钢的强度会降低到很低的水平,导致钢结构坍塌。因此,当钢结构的环境温度达到150℃以上时,必须进行隔热和防火设计。方法一般为:钢结构外包耐火砖、混凝土或硬质防火板。或钢结构刷厚涂防火涂料,厚度按《钢结构防火涂料技术规程》计算。


  3.2.优化钢结构工业厂房立面设计。


  轻钢结构建筑主要具有以下四个方面:规模、线条、色彩、变化。


  钢结构工业厂房的立面主要由工艺布局决定,在满足工艺要求的同时,力求立面简洁宏伟,使节点尽可能简单统一。彩色压型钢板使轻钢厂房建筑体积轻盈,色彩丰富,明显优于传统钢筋混凝土结构的单一重量。在轻钢厂房的设计中,经常采用跳跃色和冷色,重点突出主出入口、外天沟、边缘泛水等场所,既体现了现代厂房的宏伟气势,又丰富了立面效果。


  传统的钢筋混凝土结构工业厂房,外墙维护为砖砌体,外墙装饰为涂料或面砖,辅以色带,由于混凝土屋面照明窗效果不理想,设计通常在墙上设置大量照明窗。但对于维护墙为彩色压力钢板的钢结构厂房来说,情况并非如此。线条是轻钢结构建筑风格独特的特点,线条均匀或水平或垂直,使轻钢结构建筑具有光滑的金属纹理,反映了强烈的现代工业氛围。


  3.3.优化钢结构工业厂房支撑系统。


  在钢结构工业厂房柱间支撑系统和屋顶支撑系统的布置过程中,应根据实际振动设备、吨位、跨度、结构形式、柱网设置、高度和起重机设置来确定。一般来说,不考虑屋顶结构的檩条主要设置在垂直支撑上。在无檩条系统中,屋顶板应与屋顶焊接,以达到上弦支撑的目的。但在实际设计过程中,由于施工条件的限制。考虑到安装要求,上弦水平支撑系统应设置在屋顶上弦位置和天窗架上弦位置。同时,当厂房框架间距超过12m时,或设置特殊级振动设备和桥梁起重机时,应设置纵向水平支撑系统。


  3.4.优化钢结构工业厂房屋面设计。


  在钢结构厂房屋面设计中,主要内容是防水。屋面防水设计主要考虑三个因素:一是屋面坡度;二是天沟形式;三是单坡屋面长度。实施相关屋面工程技术标准,实际工程中很多厂房屋面坡度在(2%~3%)之间,符合实际要求。考虑到材料性能、节点处理和技术,坡度应设置为5%。在积雪地区,坡度应增加,钢结构厂房单坡屋面长度设计应注意区域温差和降雨变化。根据相关工程设计数据,单坡屋面长度应控制在70m以下,以保证厂房的使用性能。超过此标准值时,应进行特殊处理。目前常用的钢结构屋面设计方案有两种:一是采用双层彩色压型钢板,其保温棉有助于防水,但温度变化较大,难以解决热胀冷缩问题;二是采用由保温层、隔气层、卷材防水层组成的复合柔性钢屋面系统,外铺柔性卷材,有助于改善热胀冷缩。


  3.5.防锈处理。


  钢结构工程表面直接暴露在大气中会生锈。当钢结构厂房空气中有腐蚀性介质或钢结构处于潮湿环境中时,钢结构厂房的腐蚀会更加明显和严重。钢结构的腐蚀不仅会减少构件的截面,还会在钢构件表面产生局部的锈坑。当构件受力时,会引起应力集中,过早破坏结构。因此,应充分重视钢结构厂房构件的防锈问题,并根据厂房腐蚀介质的情况和环境条件,在总图布置、工艺布置、材料选择等方面采取相应的对策措施,确保厂房结构的安全。防锈底漆和面漆通常用于钢结构的防腐,涂层的数量和厚度通常根据其使用环境和涂层性质来确定。一般室内钢结构在自然大气介质的作用下,涂层厚度为100μm,即底漆和面漆。


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