【摘要】文章首先闡述了輕鋼結(jié)構(gòu)廠房施工設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)，然后分析了輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，最后對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)理念及應(yīng)用進(jìn)行了探討。
【關(guān)鍵詞】輕鋼結(jié)構(gòu)，廠房設(shè)計(jì)，應(yīng)用
中圖分類號(hào)： TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
近年來(lái)，我國(guó)在工程上雖然取得了飛速發(fā)展，但依然存在一些問(wèn)題和不足需要改進(jìn)，在建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)的新時(shí)期，加強(qiáng)對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工技術(shù)及設(shè)計(jì)的控制，對(duì)確保居民的切身利益有著重要意義。
二、輕鋼結(jié)構(gòu)廠房施工設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)
1．設(shè)計(jì)問(wèn)題比較復(fù)雜
隨著輕鋼結(jié)構(gòu)廠房施工的日益頻繁，設(shè)計(jì)管理呈現(xiàn)出較強(qiáng)的復(fù)雜性，引發(fā)輕鋼結(jié)構(gòu)廠房施工設(shè)計(jì)的因素越來(lái)越多。同樣的輕鋼結(jié)構(gòu)廠房工程，出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題可能不同；出現(xiàn)了同樣的設(shè)計(jì)問(wèn)題，引發(fā)的原因可能不同，從而對(duì)施工技術(shù)人員分析、判斷、處理問(wèn)題增加了較大的難度，進(jìn)而影響了輕鋼結(jié)構(gòu)廠房施工的總體設(shè)計(jì)。
2．設(shè)計(jì)問(wèn)題具有可變性
很多輕鋼結(jié)構(gòu)廠房工程，最初建成時(shí)設(shè)計(jì)比較過(guò)硬。但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和外界環(huán)境的發(fā)展變化，設(shè)計(jì)問(wèn)題容易發(fā)生變化。比如：由于應(yīng)力的作用，一些物的輕鋼結(jié)構(gòu)廠房部件，原本沒(méi)有裂縫的焊接出現(xiàn)了裂縫；部分輕鋼結(jié)構(gòu)廠房部件可能長(zhǎng)期承重，導(dǎo)致變形扭曲，產(chǎn)生了較大的安全隱患。
3．施工事故發(fā)生頻繁
目前，我國(guó)的大多數(shù)物仍以混凝土為主，對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)廠房施工，很多施工管理人員和技術(shù)人員還比較陌生。再加上，我國(guó)施工的主體多為民工，他們絕大多數(shù)對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工工藝不了解，導(dǎo)致在施工過(guò)程中無(wú)所適從，易導(dǎo)致施工事故頻繁發(fā)生。
4．后果影響比較嚴(yán)重
輕鋼結(jié)構(gòu)廠房工程一旦出現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，輕則影響工程的順利進(jìn)行，既造成了施工成本的增加，又影響了工期。重則導(dǎo)致物坍塌，給群眾的人身、財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重?fù)p失，導(dǎo)致比較惡劣的社會(huì)影響。
三、鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
1、鋼結(jié)構(gòu)的設(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:一是基礎(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。二是柱腳。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。三是牛腿處設(shè)鋼系桿，例如：當(dāng)下柱截面高度為1100mm時(shí)，吊車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)。
2、鋼結(jié)構(gòu)的屋面支撐系統(tǒng)及屋面設(shè)計(jì)
屋蓋支撐系統(tǒng)的布置應(yīng)根據(jù)廠房跨度、高度、柱網(wǎng)布置、屋蓋結(jié)構(gòu)形式、吊車噸位和所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度等條件來(lái)決定。一般情況下無(wú)論有檁或無(wú)檁體系的屋蓋結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)置垂直支撐；在無(wú)檁體系中，大型屋面板有三點(diǎn)和屋架焊接，可起到上弦支撐作用，但考慮到施工條件的限制和安裝需要。無(wú)論有檁或無(wú)檁體系屋蓋均應(yīng)在屋架上弦和天窗架上弦設(shè)置上弦橫向支撐。對(duì)于屋架間距不小于12m的廠房或廠房?jī)?nèi)設(shè)有特重級(jí)橋式吊車或廠房?jī)?nèi)有較大振動(dòng)設(shè)備的均應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐。屋面的排水及防水設(shè)計(jì)在屋面設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)考慮，根據(jù)《屋面工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，屋面坡度最小為5％，在積雪較大的地區(qū)，坡度應(yīng)適當(dāng)加大。單坡屋面的長(zhǎng)度主要取決于所在地區(qū)的溫差以及降雨所形成的最大水頭高度。根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，單坡屋面長(zhǎng)度宜控制在70m以內(nèi)。
3、鋼結(jié)構(gòu)的立面設(shè)計(jì)
輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑主要有把握以下4個(gè)方面的特征：規(guī)模、線條、色彩、變化。鋼結(jié)構(gòu)廠房的立面主要由工藝布置來(lái)決定，在滿足工藝的要求下力求立面簡(jiǎn)潔恢宏同時(shí)使節(jié)點(diǎn)盡量簡(jiǎn)單統(tǒng)一。彩色壓型鋼板使得輕鋼廠房的建筑表現(xiàn)得體形輕盈色彩豐富，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的沉重單一。在輕鋼廠房的設(shè)計(jì)中常采用跳躍性色彩和冷色調(diào)，重點(diǎn)突出主要出入口、外天溝、收邊泛水等地方，既體現(xiàn)了現(xiàn)代化廠房的恢宏氣勢(shì)，又豐富了立面效果。
四、輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)理念及應(yīng)用
1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體化
傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑都是按先建筑后結(jié)構(gòu)的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，而多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房由于其特殊的材料和先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，得以使設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，即建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)完成。目前，國(guó)外知名設(shè)計(jì)公司均遵循此理念，而國(guó)內(nèi)多數(shù)設(shè)計(jì)院建筑設(shè)計(jì)按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行，很難完整地表現(xiàn)其建筑風(fēng)。
2、圍護(hù)系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體化
國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)基本按主體結(jié)構(gòu)與圍護(hù)系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)計(jì)，合理的做法是統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)先選用厚度較薄的截面：使用相同用鋼量下截面具有較大的剛度。于此同時(shí)，還需注意規(guī)范中規(guī)定的最小截面�！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017規(guī)定，在鋼結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件及其不宜采用：厚度小于4mm的鋼板，厚度小于3mm鋼管。凡需用C級(jí)螺栓與支撐桿件相連接的屋架桿件角鋼的邊長(zhǎng)，應(yīng)注意其所能采用的螺栓最大直徑。為便于備料，多層工業(yè)廠房所用角鋼規(guī)格品種不宜超過(guò)5種。當(dāng)兩種規(guī)格尺寸相近時(shí)，宜盡量使其統(tǒng)一，以減少規(guī)格數(shù)量。
3、構(gòu)件設(shè)計(jì)
構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先是材料的選擇，比較常用的是Q235和Q345，通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種，也可以選擇不同強(qiáng)度鋼材的組合截面，當(dāng)強(qiáng)度起控制作用時(shí)，可選擇Q345；穩(wěn)定控制時(shí)，宜使用Q235。當(dāng)前的結(jié)構(gòu)軟件，大都提供截面驗(yàn)算的后處理功能，一些軟件可以將驗(yàn)算時(shí)通不過(guò)的構(gòu)件，從給定的截面庫(kù)里選擇加大一級(jí)，并自動(dòng)重新分析驗(yàn)算，直至通過(guò)，這是常說(shuō)的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)功能之一，它減少了結(jié)構(gòu)師的很多工作量，但是，初學(xué)鋼結(jié)構(gòu)至少應(yīng)注意兩點(diǎn)：軟件在做構(gòu)件的截面驗(yàn)算時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取定，有時(shí)會(huì)不符合規(guī)范的規(guī)定，尤其對(duì)于節(jié)點(diǎn)連接情況復(fù)雜或變截面的構(gòu)件，應(yīng)該逐個(gè)檢查。)當(dāng)預(yù)估的截面不滿足時(shí)，加大截面應(yīng)該分兩種情況區(qū)別對(duì)待。強(qiáng)度不滿足，通常加大組成截面的板件厚度，其中，抗彎不滿足加大翼緣分厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。變形超限，通常不應(yīng)加大板件厚度，而應(yīng)考慮加大截面的高度，否則，會(huì)很不經(jīng)濟(jì)。使用軟件加大界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，很難考慮上述強(qiáng)度與剛度的區(qū)別，實(shí)際工作中，常常并不合適。
4、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致。這必須避免。連接的不同對(duì)結(jié)構(gòu)影響甚大，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工程變形大于計(jì)算數(shù)據(jù)等的不利結(jié)果。連接接點(diǎn)有等強(qiáng)設(shè)計(jì)和實(shí)際受力設(shè)計(jì)兩種常見(jiàn)的方法，設(shè)計(jì)手冊(cè)中通常有焊縫及螺栓連接表格等供設(shè)計(jì)者查用，比較方便，也可以使用結(jié)構(gòu)軟件的后處理部分來(lái)完成。
�。ㄒ唬�、焊接
對(duì)焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強(qiáng)制規(guī)定，應(yīng)嚴(yán)格遵守，焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適用。E43對(duì)應(yīng)Q235，E50對(duì)應(yīng)Q345。焊接設(shè)計(jì)中不得任意人加大焊縫，焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近，其它詳細(xì)內(nèi)容可查規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的規(guī)定。
�。ǘ�、栓接
普通螺栓抗剪性能差，可在次要結(jié)構(gòu)部位使用，高強(qiáng)螺栓，使用日益廣泛，通常8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型，兩者算方法不同，高強(qiáng)螺栓常用M16～M30，超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中應(yīng)慎重使用。自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接。連接板可簡(jiǎn)單取其厚度為梁腹板厚度增加2mm～4mm，然后驗(yàn)算凈截面抗剪等。
五、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)新時(shí)期下，輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題分析，進(jìn)一步明確了輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工技術(shù)及設(shè)計(jì)控制的努力方向，為輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)化完善奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有助于提高工程的競(jìng)爭(zhēng)力和效益。
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