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浅谈钢结构厂房设计现状及优化对策

2014-4-27 15:58| 发布者: dzly| 查看: 511| 评论: 0|原作者: 陈飞|来自: 城市建筑

摘要: 钢结构强度高、质量轻、施工周期短、造价低廉等 优势,大部分厂房均运用这种体系。要想合理利用厂房的 空间、最大限度地节省建筑的使用材料、完善钢结构厂房 的使用性能与安全性能,必须要不断优化钢结构厂房设计 方案。

  在现阶段,钢结构技术作为建筑行业中的一项新型绿色环保技术,其应用前景宽阔,同时已经逐渐渗透到了大型工业厂房以及公共技术等领域。从总体上来看,钢结构工业厂房构件截面小、建筑空间利用率高、美观大方、自重较轻、建筑总造价低廉、抗震性能优越。同时基础所承受的负载相对较小,在工厂中,其结构构件能够实现大批量生产。
  此外,钢结构厂房的施工周期较短,对环境的破坏相对较小,废物回收率与再循环利用率均高,满足了现代能源节能要求,符合绿色建筑标准要求。一定程度上促进了社会经济的增长,提高了我国的综合国力。本文主要结合钢结构厂房的特点以及现状,针对其中存在的问题,提出了合理的优化策略,旨在探讨钢结构厂房的可持续发展。
  一、 钢结构厂房特点
  钢结构厂房的特点主要体现在四个方面。(1)钢结构厂房在结构上的跨度相对较大,厂房的柱子一般较高。由于钢结构厂房属于重工业行业中的关键组成部分,因而所生产的产品在体积与重量上都较大。通常状况下,为了满足实际生产工艺要求,与一般工业厂房相对比,钢结构厂房的厂房跨度与吊车轨顶标高等诸多方面的指标均较大。(2)在钢结构厂房的纵向柱距上,通常柱距较大。作为我国的重工业厂房,必须要按照相关行业的具体特点以及要求来进行设计,诸多钢结构工业厂房中均设置了大中型机械加工机床、配电间以及大型冶炼电炉等设备。因此在钢结构厂房的设计过程中,必须要充分发挥厂房纵向柱间空间的利用效率,完善钢结构厂房工业设备布局。通常状况下,一般的重型钢结构工业厂房的纵向柱距在12~240m 之间,特殊情况下将会更大。(3)钢结构厂房在吊车起重量上较大,同时使用频率也相对较高。在工业厂房设计过程中,通常的设置方式有两种,即重级工作制吊车与中级工作制吊车。(4)在承重构件截面上,钢结构截面面积较大。结合钢结构工程特点,为了能够承受较大吨位荷载,对其结构刚度要求高。钢结构主要承重构件主要采用钢板,截面相对较大。运用桁架以及格构式构件,可以提高荷载承受能力。
  二、 钢结构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,最为关键的内容是轴力与弯矩耦合效应,进而稳定整体与局部之间的相互关系。目前,钢结构厂房设计中的安全系数不能反映整体与局部之间的关联性。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失稳状态。因此,要不断优化钢结构厂房设计,提高其使用性能以及安全性能。
  1 优化钢结构厂房温度伸缩缝
  一般而言,温度作为影响钢结构厂房使用性能的关键因素,在其变形中发挥着重要的作用。通常状况下,温度变化引起结构变形,出现温度应力,而温度应力的变化直接关系着结构柱子的刚度与吊车轨顶的标高。当厂房的平面设计尺度较大时,为了将温度应力维持在合理的范围内,必须要在结构横向方向或者结构纵向方向进行温度缝的设置。将其分成诸多结构单元,执行相关的钢结构设计标准。
  就温度伸缩缝来讲,一般要进行双柱处理或者单柱处理,而结构纵向的温度伸缩缝必须要在屋架支座方位设定滚动支座。在檩条与框架梁相交接地带,钢结构横向方位的温度伸缩缝要充分运用槽钢夹板滑动方法以及椭圆孔滑动方法来进行。
  2 优化钢结构厂房立面设计
  在建筑表现上,钢结构厂房主要具有四个方面的显著特征,即规模、线条、色彩、变化。在钢结构厂房设计过程中,要积极发挥彩色压型钢板的色彩表现力,摆脱传统钢筋混凝土厂房的死板与单调。
  基于工艺要求,钢结构厂房体型受到约束,因而体型变化多样。在一定程度上,导致节点的处理异常复杂,总体施工造价较高。因此,在具体的设计过程中,要发挥跳跃性色彩的表现张力。综合运用冷色调,突出厂房关键出口、收边泛水以及外天沟等,尽可能地完善厂房立面设计。
  3 优化钢结构厂房支撑系统
  在钢结构厂房屋盖的支撑系统布置过程中,要按照厂房的实际振动设备、吨位、跨度、结构形式、柱网设置以及高度与吊车设置等状况来决定。一般而言,不考虑屋盖结构的檩条,主要设定在垂直支撑上。在无檩系统中,屋面板要和屋架进行焊接,从而达到上弦支撑目的。但在实际设计过程中,由于施工条件的束缚。考虑到安装要求,要将上弦横向支撑系统设置在屋架上弦位置以及天窗架上弦部位。同时,当厂房屋架间距处在12m以上时,或者设置有特重级的振动设备与桥式吊车时,要设定纵向的水平支撑系统。
  4 优化钢结构厂房屋面设计
  在钢结构厂房的屋面设计中,主要内容是防水。屋面防水设计主要考虑三个方面的因素:一是屋面坡度;二是天沟形式;三是单坡屋面长度。执行相关的屋面工程技术标准,在实际工程中,诸多厂房屋面坡度处在(2%~3%)之间,不符合实际要求。
  考虑到材料性能、节点处理与技术等因素,要将坡度设置为5%。在积雪地区,坡度要增大,而钢结构厂房的单坡屋面长度设计要注意所在区域的温差与降雨变化。根据相关工程设计资料显示,单坡屋面长度要把控在70m以下,才能保证厂房的使用性能。
  当超过这个标准值时,要进行特殊处理。当前应用较为普遍的钢结构屋面设计方案主要有两种:第一,采用双层彩色压型钢板,其保温棉有助于防水,但温变化较大,难以解决热胀冷缩问题;第二,采用由保温层、隔汽层、卷材防水层等组合而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状况。
  5 优化钢结构厂房保温隔热设计以及防火设计

  钢材在温度上的敏感度异常强烈,温度的变化直接关系着钢材性能的发挥。钢材导热性能良好,对于钢结构厂房来讲,必须要进行保温与隔热处理,降低能源的消耗,不断满足设计工艺需求。一般来讲,当钢结构厂房的表面温度大于150℃时,有两种隔热与防火优化方案:一是利用钢构件外包耐火砖或者混凝土以及硬质防火板材,提高隔热性能;二是运用厚涂型的防火涂料,完善防火设计。
  三、 结语
  综上所述,随着科学技术的不断发展,在我国建筑市场上,钢铁工业占有很大的应用与发展优势。
  作为重工业中的一种新型类型,对于国民经济的发展起着举足轻重的作用。钢结构厂房的受力体系主要是由纵向结构系统与横向结构系统这两部分组成,要想优化钢结构厂房的整体使用性能以及安全性能、提高厂房的刚度以及抗震性能,必须要不断优化钢结构厂房温度伸缩缝、立面设计、支撑系统、屋面设计以及保温隔热设计与防火设计,从而促进钢结构厂房的可持续发展。除此之外,还要进行抗震设计。不断完善钢结构厂房设计体系,提高整体稳定性能。
  
  

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