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钢结构在工业建筑中的应用分析

浏览277次时间：2017年7月03日 09:10

【摘要】钢结构体系在我国方兴未艾，目前正在逐渐成为我国建筑业的主力阵容，并将最终成为我国建筑业的主流建筑工艺。在我国，钢结构以其无与伦比的特性而获得了较为广泛的应用与发展空间。本文剖析了工业建筑设计施工环节中钢结构的应用，并对其中存在的问题提出了相应的解决措施。

【关键词】钢结构；工业建筑；应用

引言

钢结构由于其特有的架构使得同样的建筑面积，钢结构可以增大住宅的空间使用面积并且还减少了建筑垃圾的排放与对环境产生的严重的污染。由于钢结构的积木式建筑方式，使得建筑材料完全可以循环利用，重复使用。

一、工程概况

某合金铸造厂房熔化浇注设备集中设置于主厂房内，由于工艺流程复杂，室内又有高温热源，酸性气体腐蚀的影响等，故对厂房结构设计提出了特殊要求，造成结构设计的复杂性。厂房一层平面为矩形，总建筑面积 9408m2，长 98m，宽 64m，跨度 24m，柱距 18m，网架底标高 11.8m，檐口标高 15.6m。主跨内设有一台16t/3.2t、一台 20t/5t 工作制桥式起重机，轨顶高 9m。

二、结构方案的确定

由于受工艺流程配置的要求，主厂房采用钢柱钢网架结构，顶部为正放四角锥焊接球网架。柱截面为 H 型钢，钢板焊制。厂房四周设置 6 米间距抗风柱，柱间垂直支撑，设备管道沿外墙布置。钢结构拼接连接采用摩擦型高强度螺栓，保证了结构体系的抗侧弯刚度及稳定。

三、钢结构的优点

钢结构工业厂房因其施工速度快、自重轻、抗震性能好、环保等特点在建筑工程中已被广泛认可，与钢筋混凝土结构相比，有其独特的优点：钢结构自重轻。钢结构的容重虽然较大，单与其它建筑材料相比，它的强度却高很多，因而当承受的荷载和条件相同时，钢结构要比其它结构轻，便于运输和安装，并可跨越更大的跨度。自重轻不仅可以减少运输和吊装费用，还可以降低基础造价，其综合经济优于钢筋混凝土结构体系。钢结构布置灵活。钢结构能满足工业厂房建筑设计的大跨度要求，跨度最大可达 48m，在梁高相同的情况下，钢结构的开间可比混凝土结构的开间大 50%，从而使柱网布置更加灵活。纵向温度区段长度允许 300m，横向温度区段长度允许 150m，符合工业厂房不设变形缝的要求。钢结构节约面积。钢结构与混凝土结构相比节约结构占用面积，增加使用面积，空间利用率高。网架结构形成的屋面下部空间较大，可布置各种管道，如通风、消防、空调冷水、采暖、给水、封闭母线、压缩空气等，充分利用建筑空间，节约投资。钢结构抗震性能好。由于钢结构本身具有较好的塑性和韧性，故能够充分耗散地震能。不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏，钢结构对动力荷载的适应性较强，钢梁、钢柱组成柔性框架可抵抗 8 度以上地震，因此钢结构在地基承载力低和地震设防烈度较高的地方应用广泛。钢结构施工速度快。轻钢厂房全部钢构件都可以在专业化的金属结构制造厂制作加工，机械化生产程度高，保证精度，确保质量。制成的构件运到现场组装，现场通常只需进行紧固件和螺栓的安装，施工速度快，大大缩短建设周期，使厂房能尽快建成投产，获得良好的经济效益。钢结构属于环保建筑。钢材本身是一种高强度高效能的材料，相比混凝土结构施工，钢结构安装属于干式作业，对环境的污染少，没有噪声和粉尘污染；已建成的钢结构易于拆卸、加固或改造，同时还可以回收再利用，绿色环保，具有很高的再循环价值。

四、钢结构在工业厂房设计中需注意的问题

虽然钢结构工业厂房有很多优点，但作为一种材料，它也有很多缺点，例如防火性能差、易锈蚀等，在设计与施工的过程中一定要考虑到这些因素。

4.1 钢结构工业厂房的防火设计

钢结构工业厂房防火能力很差，当钢材受热在 100℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度降低，塑性增大；温度在 250℃左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低，出现蓝脆现象；当温度超过 250℃时钢材出现徐变现象；当温度达 500℃时，钢材强度降至很低，以致钢结构塌落。因此，钢结构必须做隔热及防火设计。①正确定义建筑物生产的火灾危险性类别，合理确定建筑的耐火等级依据《建筑设计防火规范》，对厂房生产火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊五类，如果确定工程为二级耐火等级，就应该严格按照二级耐火等级加涂防火涂料进行防护，使钢构件达到二级防火等级的耐火极限要求。②设计时要选用恰当的钢结构防火保护方法对钢结构采取有效的保护，就是将钢结构的耐火极限提高到规范规定的值，防止钢构件遇火发生变形塌落。目前，保护钢结构厂房最常用的方法是在其表面涂覆钢结构防火涂料，发生火灾时它作为耐火隔热保护层，有效地提高钢构件的耐火极限，满足现行国家规范的要求。在使用防火涂料时，应当注意防火涂料和底层防腐涂料的相互匹配，不得与底层防腐涂料发生化学反应，以免影响防腐防火效果。我们在设计时，要根据不同建筑对构件耐火极限的要求，通过科学比较，选出最恰当的防火保护方法，达到经济和安全要求。③钢结构建筑设计时要合理划分建筑物的防火分区，对每个防火分区的面积进行严格的控制。同时要控制每个分区的疏散口数量及疏散距离，安全出口是指符合防火规范规定的疏散楼梯、直通室外地平面或安全区域的门。由于钢结构建筑自身存在的弱点，我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素，将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑，加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求，科学设置疏散指示标志，使人员能快速疏散到安全地带，从而大大减少人员伤亡和人民财产损失。

4.2 钢结构工业厂房的防腐设计

钢结构表面直接暴露在大气中就会锈蚀，当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢结构处在潮湿环境中时，钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅会使构件截面减小，还会使钢构件表层局部产生锈坑，当构件受力时将引起应力集中现象，使结构过早破坏。因此，对钢结构厂房构件的防锈蚀问题应予以

足够的重视，并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、工艺布置、料选择等方面采取相应对策和措施，以确保厂房结构的安全。为了防止金属表面锈蚀，常采用防锈防腐涂料对其进行涂装保护，保护层透气是造成金属表面失去阴极保护而加快锈蚀速率的诱因。因此，防腐涂层只有具备了致密、疏水性强、附着力好、电阻大或涂层足够厚的条件时，才能有效地屏蔽水蒸气、氧气、氯离子等的侵蚀，起到物理防锈作用。一般室内钢结构在自然大气介质作用下，要求涂层厚度 100μm，即底漆两道，面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构，要求漆膜总厚度为 150μm～200μm。在酸环境中的钢结构要求使用氯磺化防酸漆。钢柱柱脚在地面以下部分要用不低于 C20 的混凝土包裹，其保护层厚度不小于 50mm。