摘要：現(xiàn)如今，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房建筑領(lǐng)域起到了舉足輕重的作用，其特點(diǎn)有：其整體剛度和抗震性能好、施工速度快、自重輕、承載力高，在大跨度及超高層建筑中代替了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下文主要就鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題作簡(jiǎn)單闡述。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)廠房；設(shè)計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
前言
目前，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)作為建筑行業(yè)中的一項(xiàng)新型綠色環(huán)保技術(shù)，其應(yīng)用前景寬闊，同時(shí)已經(jīng)逐漸滲透到了大型工業(yè)廠房以及公共技術(shù)等領(lǐng)域。下文主要結(jié)合某綜采設(shè)備庫(kù)的設(shè)計(jì)闡述了一些設(shè)計(jì)體會(huì)。該綜采設(shè)備庫(kù)為大跨度廠房，跨度為 24m，兩跨，柱距為6m，房屋內(nèi)設(shè)50/10t中級(jí)（A5）橋式吊車(chē)，吊車(chē)軌頂標(biāo)志標(biāo)高為9.0m，柱頂標(biāo)高為12.020m，輕型鋼屋面和夾芯板外墻。
一、鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)
現(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)發(fā)展取得不斷進(jìn)步。鋼結(jié)構(gòu)廠房在世界各地均得到普遍使用，尤其是在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用更為廣泛。鋼結(jié)構(gòu)廠房通常適用于倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房、工業(yè)廠房、會(huì)館展廳、凈化車(chē)間以及超市，其設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：①具有較大的空間和跨度，且建筑質(zhì)量輕，強(qiáng)度極高；②設(shè)計(jì)一般選用最先進(jìn)方法，可充分滿(mǎn)足鋼材對(duì)抗沖擊性、變形能力、抗震性以及剛性等多方面要求；③鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠反復(fù)利用，且搬動(dòng)遷移十分便利，避免了大量鋼材的浪費(fèi)，保護(hù)環(huán)境不受到污染；④鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)特且輕巧，實(shí)際占用面積小，應(yīng)用面積廣，增加了建筑物內(nèi)的使用空間；⑤組成零件標(biāo)準(zhǔn)，制作精良，安裝方便快速，有效縮短了施工工期，減少投資成本；⑥具有較高的防火性和較強(qiáng)的防腐蝕性。
二、方案選擇
廠房一般有以下幾種結(jié)構(gòu)形式： 砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)跨度一般在12m以下；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重大，地震力也大，施工工期長(zhǎng)；而鋼結(jié)構(gòu)廠房相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1）自重輕，抗震性能好。采用高效輕型薄壁型材，構(gòu)件截面特性?xún)?yōu)良，相對(duì)承載力高，受力性能良好，整體剛度大，抗震性能好，減輕結(jié)構(gòu)重量，降低基礎(chǔ)費(fèi)用。2）供貨迅速，安裝方便，可以比混凝土結(jié)構(gòu)至少縮短一半工期。在當(dāng)前貸款利率高的金融形式下，早投產(chǎn)，早回收投資，這對(duì)于降低工程總造價(jià)，增加投資效益幅度是十分重要的。3）干法施工，裝備化程度高，建設(shè)快速，高效，質(zhì)量有保證。4）輕鋼結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)和使用的過(guò)程中能源與原材料消耗低，建筑垃圾少，粉塵少，噪音低，具有很高的可重復(fù)使用性和可循環(huán)性，因此是一種綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)。由于本廠房跨度較大，橋式中吊車(chē)噸位較高，考慮到鋼排架對(duì)地基沉降的敏感程度較小等特點(diǎn)，所以選用了鋼排架的結(jié)構(gòu)形式。
三、概念設(shè)計(jì)和受力機(jī)理
在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中都應(yīng)該被強(qiáng)調(diào)的是 “概念設(shè)計(jì)”。結(jié)構(gòu)的布置要根據(jù)體系特征、荷載分布情況及荷載類(lèi)型等綜合考慮。盡量做到剛度均勻，力學(xué)模型清楚，盡可能讓荷載作用沿著最直接的線(xiàn)路傳遞到基礎(chǔ)，柱間抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻，其形心要盡量靠近側(cè)向力的作用線(xiàn)，否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)體系應(yīng)有多道防線(xiàn)。筆者通過(guò)規(guī)范規(guī)程的學(xué)習(xí)，在做了大量設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，深刻體會(huì)到鋼結(jié)構(gòu)支撐在結(jié)構(gòu)體系中的重要作用，現(xiàn)總結(jié)如下：支撐的作用從整體而言主要是： 保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向及橫向水平剛度，并將平面結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)成整體空間結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)廠房的整體穩(wěn)定和空間剛度。傳遞某些局部水平荷載（如縱向風(fēng)荷載、吊車(chē)縱向制動(dòng)力等） 到主要承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在施工和使用階段，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性。單層廠房支撐分屋蓋支撐和柱間支撐兩類(lèi)，分述如下：
1.屋蓋支撐
屋蓋支撐包括上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、縱向水平支撐、垂直支撐及系桿等。1）橫向水平支撐。上弦橫向水平支撐的作用是： 構(gòu)成剛性框，增強(qiáng)屋蓋的整體剛度，保證屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定，同時(shí)將山墻抗風(fēng)柱傳來(lái)的風(fēng)力傳遞到排架柱。下弦橫向水平支撐的作用是： 當(dāng)屋架下弦設(shè)有懸掛吊車(chē)或其他設(shè)備產(chǎn)生水平力時(shí)，或當(dāng)抗風(fēng)柱與屋架下弦連接，抗風(fēng)柱風(fēng)力傳至下弦時(shí)，能保證水平力或風(fēng)力傳至排架柱。2）屋架間的垂直支撐及水平系桿。垂直支撐和下弦水平系桿的作用是保證屋架的整體穩(wěn)定（抗傾覆） 以及防止在吊車(chē)工作時(shí)（或有其他振動(dòng)時(shí)）屋架下弦的側(cè)向顫動(dòng)。上弦水平系桿則用以保證屋架上弦受壓翼緣的側(cè)向穩(wěn)定（防止局部失穩(wěn)） 。3）屋面梁（屋架）間的縱向水平支撐。下弦縱向水平支撐的作用是： 保證橫向水平力的縱向分布，增強(qiáng)排架的空間工作，提高廠房剛度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)廠房跨度、跨數(shù)和高度，屋蓋承重結(jié)構(gòu)方案，吊車(chē)起重量及工作制等因素考慮在下弦平面靠近支座端部節(jié)間中設(shè)置。如廠房設(shè)有橫向水平支撐時(shí)，則縱向水平支撐應(yīng)盡可能同橫向水平支撐形成封閉的支撐體系。當(dāng)廠房設(shè)有托架時(shí)必須設(shè)置縱向水平支撐。如果只在部分柱間設(shè)有托架，則必須在設(shè)有托架的柱間和兩端相鄰的一個(gè)柱間設(shè)置縱向水平支撐，以承受屋架傳來(lái)的橫向風(fēng)力。
2.柱間支撐
柱間支撐的作用是： 提高廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性；把吊車(chē)縱向制動(dòng)力和山墻抗風(fēng)柱經(jīng)屋蓋系統(tǒng)傳來(lái)的風(fēng)力（或縱向地震力）再經(jīng)柱間支撐傳給基礎(chǔ)。對(duì)于有吊車(chē)的廠房，柱間支撐分上部和下部?jī)煞N，前者位于吊車(chē)梁上部，用以承受作用在山墻上的風(fēng)力并保證廠房上部的縱向剛度；后者位于吊車(chē)梁下部，承受上部支撐傳來(lái)的力和吊車(chē)梁傳來(lái)的吊車(chē)縱向制動(dòng)力，并把它們傳至基礎(chǔ)。
四、設(shè)計(jì)計(jì)算
按排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，有幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)需要注意：
1）基礎(chǔ)。除發(fā)生沖切、剪切破壞之外，還存在較大的彎矩作用，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生傾覆和滑移破壞。在風(fēng)荷載較大的情況下，特別對(duì)于一些敞開(kāi)和半敞開(kāi)的結(jié)構(gòu)，輕鋼結(jié)構(gòu)自重很輕，有可能不足于抵抗風(fēng)荷載產(chǎn)生的上拔力，導(dǎo)致基礎(chǔ)上拔破壞。為了防止這些破壞的發(fā)生，最經(jīng)濟(jì)有效的辦法是增加基礎(chǔ)埋深，對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，還須預(yù)埋地腳螺栓，用于上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的連接，若錨栓離混凝土基礎(chǔ)邊緣太近，會(huì)產(chǎn)生基礎(chǔ)劈裂破壞，因此，錨栓離基礎(chǔ)邊緣的距離不得小于 150mm，若錨栓長(zhǎng)度過(guò)短，會(huì)使錨栓從基礎(chǔ)中拔出，導(dǎo)致基礎(chǔ)破壞，所以規(guī)范也規(guī)定了錨栓埋入長(zhǎng)度。
2）柱腳。柱腳為剛性固定連接，剛性固定連接分為三種形式： 露出式柱腳、埋入式柱腳、包腳式柱腳，本設(shè)計(jì)采用了露出式柱腳即靴式柱腳，在設(shè)計(jì)手冊(cè)中有詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程，可以做到精確計(jì)算，對(duì)于跨度較大，吊車(chē)荷載噸位較高的情況，認(rèn)為采用埋入式更為合適，對(duì)提高和確保鋼柱腳和鋼筋混凝土基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁的組合效應(yīng)和整體剛度有利。
3）牛腿處設(shè)鋼系桿。下柱截面高度為1100mm，吊車(chē)梁與牛腿連接距下柱形心距離偏心太大，不能保證柱的側(cè)向穩(wěn)定，所以在牛腿標(biāo)高處增設(shè)鋼系桿，以減小柱的計(jì)算長(zhǎng)度，以防柱失穩(wěn)，計(jì)算時(shí)考慮與吊車(chē)梁共同傳遞縱向水平力，同時(shí)作為排架柱的側(cè)向支撐點(diǎn)。
4）屋架。對(duì)于具體工程，屋架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到排架柱對(duì)屋架下弦產(chǎn)生的附加拉力或壓力，以及在吊車(chē)荷載設(shè)計(jì)值和永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合下下弦桿是否受壓，如受壓時(shí)其長(zhǎng)細(xì)比不宜超過(guò)200，根據(jù)具體情況對(duì)下弦桿進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。當(dāng)風(fēng)荷載較大，屋架下弦桿在永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值和風(fēng)吸力荷載設(shè)計(jì)值共同作用下受壓時(shí)，為滿(mǎn)足λ≤200，可加密下弦系桿。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述，，隨著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的日益成熟，加上鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中由于用鋼量少，安裝設(shè)計(jì)時(shí)間短，工業(yè)化生產(chǎn)程度高等優(yōu)勢(shì)，使得在廠房、倉(cāng)庫(kù)等大跨度結(jié)構(gòu)中得到更廣泛的應(yīng)用。設(shè)計(jì)師也要與時(shí)俱進(jìn)，把握時(shí)代脈搏，掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新理念，做出更經(jīng)濟(jì)、更合理、更低碳環(huán)保的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
[1]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2]李星榮.等.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.
[3]徐巖峰，吳春華.門(mén)式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探索[J].林業(yè)科技情報(bào)，2009.
[4]譚健，譚強(qiáng).關(guān)于輕鋼結(jié)構(gòu)多層房屋的分析[J].黑龍江科技信息，2009.
[5]肖暉.談?wù)劷ㄖ匿摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.2010.
