冶金工業建筑結構設計要點探析

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摘要:社會不斷的進步，經濟也不斷的發展，我國在工業方面的建設得到了充分發展，在科學技術方面也取得了進步，對于工業建筑在功能上的要求，也是日益趨向多元化、復雜化，進而導致了冶金工業建筑在結構設計當中，需要考慮的因素越來越多，因此對工業建筑在設計方面帶來了很多嶄新的挑戰。因此，文章分析了在工業建筑結構設計時所需要注意的內容，并針對冶金工業建筑在支撐系統設計、次梁設計、結構內力分析、伸縮縫設計、鋼結構防腐蝕設計、抗震設計、建筑防火、防水設計等多方面設計要點展開了深入分析，以供各位業界同仁參考。

關鍵詞:冶金工業;工業建筑;支撐系統;次梁;結構設計;設計要點

1引言

冶金工業在我國的生產企業當中，屬于非常重要的一個組成部分，在建筑結構設計方面，相比于其他行業存在著一些差別，因此本文針對建筑結構設計要點方面進行了分析。

2冶金工業的建筑

在結構設計方面的概述隨著社會的不間斷發展以及科學技術的不間斷進步，對金屬的原材料的要求方面也在逐漸的提升，就某種程度而言對冶金工業在發展方面起到了帶動作用，然而在重工業的生產當中作為一種重要的方式，冶金工業在生產方面的流程、工藝通常會對冶金工業的建筑在解耦股方面造成一定的影響。

3冶金工業的建筑當中對結構設計的要點分析

3．1支撐系統的設計

在冶金工業領域中，對于冶金建筑支撐系統的設計，為了讓鋼結構建筑在整體結構方面的穩定性得到有效的保障，并且能夠滿足各種類型的機械設備在使用時的具體要求，應該按照冶金建筑結構的跨度、振動、吊車等這些設備去科學、合理地布置支撐系統。鋼結構建筑在支撐系統方面通常分為兩種:分別是屋蓋支撐和柱間支撐。屋蓋支撐的系統通常是由豎向、縱向、橫向，這三種類型在支撐、系桿所組成的，屋蓋上弦支撐布置如圖1所示，屋蓋上弦支撐布置如圖2所示。建筑的具體結構、吊車系統、柱網的具體布置等，對屋蓋在支撐方面是起著決定性作用的因素。屋蓋在結構方面分為無檁和有檁兩種體系，都是需要設置垂直支撐。柱間支撐作用是保證房屋的縱向穩定和空間剛度，為了確保房屋承重結構的正常工作，沿房屋縱向柱之間設置柱間支撐，并與屋蓋支撐協調布置，一般與屋蓋上弦橫向支撐、下弦橫向支撐及豎向支撐設置在同一個柱距內。柱間支撐承受房屋端部山墻風力、吊車縱向剎車力、地震作用和溫度作用。端部的柱間支撐宜設置在房屋端部第一開間或第二開間。當房屋無吊車時，柱間支撐間距宜取30～45m之間;當房屋有吊車時，吊車梁以上至屋架下弦之間的上段柱的柱間支撐與無吊車時的柱間支撐設置相同，吊車梁以下至柱腳的下段柱的柱間支撐且宜設置在溫度區段的中部，間距不超過50m。

3．2次梁的設計

在針對冶金建筑開始設計次梁的時候，要盡最大的可能去防止次梁出現過大的撓度，若出現撓度太大，可能產生危險，同時對于建筑而言，在使用的功能上會受到一定的影響。因此在冶金建筑樓層當中，對平面梁格進行設計布置，不僅要考慮鋼板在最大支撐上的要求，還要考慮機械設備實際的狀況。站在普板與梁二者間相互作用的角度上進行深入分析，建筑的梁、鋼板之間有比較好的連接性，也就表明了二者之間能夠形成有效的支撐，因此不需對梁在整體的穩定性上進行計算。如果對鋼板、連梁在焊接的時候，在焊接了兩端而沒有焊接中間，這樣在對梁平面外的穩定性，再進行計算的時候，只能是根據跨中沒有側向支撐，對這種狀況進行分析。雖說次梁所需承受的荷載不大，但是也需要對其使用軋制H型鋼，一般不采用普通的槽鋼，因為普通的槽鋼在穩定性方面不好，不能夠滿足實際的需求。

3．3結構內力的分析

⑴鋼結構冶金工業當中的冶金建筑在布置方面有非常復雜的梁格，使用計算機對其進行建模的時候，如果嚴格的按照實際工程的建筑情況，就需要布置很多的近節點，然而近節點一旦數量太多，就會給計算的結果帶來許多偏差。因此在鋼結構工業建筑實施建模的時候，要適當進行簡化，進而讓計算機的結果在精準性方面能得到保障。⑵通過使用柱間的對立面網絡實施簡化，把其當成受力的桿件，輸入到結構的模型當中。支撐的剛度、建筑縱向的抗側剛度，在影響方面會起著直接的作用，而且柱間的支撐還會對其兩側的柱腳，造成很不好的影響，一旦柱腳遭受了復雜荷載的影響，很容易就會導致柱腳的錨栓，發生比較明顯的上拔狀況，并且在作用力的影響下，柱腳所承受的剪力也會加大。⑶對柱間起到支撐作用的桿件要進行具體的確認，一般對于建筑柱間的支撐，通常采用的都是剪刀撐的方法，在設計時按照設計的要求，針對兩種受力在形式方面進行選擇，分別是拉桿、壓桿［1］。如果選擇壓桿去做支撐，就能通過計算軟件的辦法，對結構展開驗算。如果選擇拉桿去做支撐，計算軟件最終得到的結果會是強度在驗算方面不能夠滿足要求，這是計算使用的軟件很難以單拉桿的形式進行有效處理，不會影響到計算軟件對建筑結構在空間結構上關于受力特性分析方面的結果。因此，在對拉桿進行設計的時候，設計人員要選擇同筆算的方法，針對拉桿在強度方面展開驗算。

3．4伸縮縫的設計

鋼鐵在熱脹冷縮方面的性質是非常的明顯，一旦在對鋼結構進行設計的時候針對溫度伸縮縫的設計沒有考慮好，那就非常有可能因為溫度發生變化，導致建筑出現變形的現象。鋼結構在溫度應力方面，產生的因素是非常多的。如果冶金建筑的平面尺寸較大，通常就會在建筑的橫向及縱向設置好與之對應的伸縮縫，進一步將建筑詳細劃分為不同的溫度區段。溫度的伸縮縫在具體部位的設置，按照鋼結構設計規范要求設計，橫向的伸縮縫對連接的位置可以使用槽鋼夾板和橢圓孔的滑動方式。而縱向伸縮縫通常都選擇在屋架的位置，去設置好與之對應固定的支座［2］。

3．5鋼結構防腐蝕的設計

如果冶金建筑所處的環境比較潮濕，且環境對構件具有腐蝕性，若未對鋼結構的表面部位進行全方位的處理，導致其直接暴露在空氣之中，就很容易產生腐蝕等較為嚴重的問題。導致鋼結構在強度方面被迫降低，建筑在使用壽命逐漸被縮短，因此針對此問題必須予以高度的重視。在對腐蝕的問題進行考慮的時候，要把環境的條件、腐蝕物性質進行相互的結合，既要讓建筑在內部的布置上確保科學、合理，也要讓冶金建筑在結構上保持安全、可靠。通常的情況下，都會選擇涂刷防銹的油漆進行防腐蝕，鋼構件在使用條件上，對涂層的層數、厚度方面，均起著決定的作用。鋼構件工作在室內時，涂層在厚度上大概在120μm左右，通常有兩道面漆和兩道底漆。鋼構件工作在室外時，涂層的總厚度數值要在120μm，有時候數值還會超過了200μm。柱腳埋在地面以下的那些部分，要選擇強度等級較低的混凝土進行包裹，厚度必須高于50mm，包裹的混凝土高出室外地面不應小于150mm，室內地面不宜小于50mm。在存在腐蝕物質的環境當中，進行工作的鋼構件，受力焊縫的厚度、型鋼的厚度，不能低于8mm。

3．6抗震的設計

鋼結構的冶金建筑在抗震方面的性能很好，但是當下很多鋼結構廠房因為設計不夠合理，所以其自身的性能沒有得到發揮，進而導致結構的破壞比較嚴重［3］。針對鋼結構的冶金建筑在抗震方面實施設計的時候，需要注意以下問題:⑴冶金建筑在總體結構、質量方面，分布要足夠均勻，讓支撐裝置的受力更加均勻、變形更加協調。冶金建筑出現破壞的原因，并不是強度不夠，通常都是支撐系統穩定性不夠強所導致的，因此應盡最大可能去避免由于其整體分布不夠均勻，對冶金建筑抗震的性能造成影響［4］。⑵鋼結構的冶金建筑處在地震情況時，其所產生的地周疲勞現象還是非常明顯的，在對連接點展開設計時必須要確保節點的穩定性，構件需要完全進入了塑性的工作狀況，才能讓抗震的性能得到充分的發揮［5］。

3．7防火、防水的設計

⑴防火的設計當溫度超過了100℃的時候，鋼材在抗拉方面的強度會隨著溫度逐漸的升高而降低，這時塑性就會增大。當溫度到達250℃時，鋼材會發生藍脆的狀況，這時塑性就會降低、抗拉的強度就會增加。當溫度到達500℃時，鋼結構就會因為鋼材的強度不夠高而出現垮落的現象。因此鋼結構表面的溫度高于200℃的時候，就必須要做好防火的設計工作，設計的方法通常有兩種:其一，在鋼材構件的表面涂刷上防火的涂料;其二，在鋼構件外表面包裹上一層耐火磚。⑵防水的設計鋼結構的冶金建筑的排水系統主要包含:內排水的系統、外排水的系統這兩種。通過室內的管道排出雨水的，屬于內排水的系統。通過冶金建筑屋頂的天溝，從而讓雨水可以排到室外設置的雨水管道中，屬于外排水的系統。在對排水系統進行設計的時候，必須根據當時實際的地形、氣候等條件，防止泛水、冒水的狀況發生。

4結語

綜上所述，在對冶金工業的建筑中，實施結構設計的時候，要充分考慮到使用的環境、材料、力學等各種方面的問題，不斷地去優化工業建筑的結構，讓工業建筑的結構設計，在整體上得到一個有效的提高，進而讓工業建筑的技術性、積極性能夠得到科學的實現，相應的設計人員也必須要緊跟時展的步伐，不斷地推動工業建筑的發展。

參考文獻:

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［3］張紅．剪力墻結構設計在建筑結構設計中的應用［J］．門窗，2019(17):159．

［4］張展．基于拓撲優化的冶金起重機主梁結構設計［J］．中國金屬通報，2019(06):92-93．

［5］王建群，李大浪，黃恒平，等．冶金礦山大型鋼井架模塊化設計研究與應用［J］．有色冶金設計與研究，2015，36(04):49-51+55．

作者:多豪學 單位:西北礦冶研究院