冶金業廠房結構思考

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1鋼結構的特性

（1）施工周期短，制作、安裝機械化程度高。鋼結構主要構件都是鋼廠成品，施工過程中焊接工作量小，加工簡便、快捷，并且材料性能有鋼廠保證，工程質量高。適宜于成批大量生產，從構件的工廠加工到現場吊裝，工業化程度大大高于具有勞動密集性質的現澆鋼筋混凝土結構。

（2）鋼結構的重量輕，機械性能很好，可以承受較大的荷載，故鋼結構件截面尺寸小，同樣跨度同樣荷載時，鋼屋架的重量最多不過鋼筋混凝土屋架的1/4或1/3，鋼結構的重量小，便于運輸、吊裝，降低運輸成本。

（3）鋼結構與力學計算的假定比較符合，鋼材內部組織比較均勻，接近于各向同性體，而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的。因此，鋼結構更能清楚的反應結構受力性質，傳力更加清晰、明確，能準確反應設計意圖。

（4）鋼結構拆、裝簡便。鋼結構由專業化金屬構件廠生產構件(梁、屋架、柱等)，在工地上用電焊或螺栓(或高強螺栓)連接起來，施工安裝簡便迅速，而且，螺栓連接的鋼結構便于改造拆遷。廣泛應用于各種臨建及展臺布置、貨位布置中，施工速度快，節約人力成本，減少施工周期，經濟效益明顯。

（5）鋼結構在平面布局上的靈活性。

（6）適用于大跨度結構。大跨度對于鋼筋混凝土來說幾乎不可能，但鋼結構卻能很好解決問題，現在廣泛應用于機場、橋梁、體育場等。

（7）鋼結構耐火性差、不耐高溫。鋼材雖然是不燃材料，但在高溫作用下，其力學性能如屈服強度、彈性模量等卻會隨溫度升高而降低，在550℃左右時，降低幅度更為明顯，一般在15min左右就會喪失承重能力而垮塌。2001年9月11日，位于美國紐約市中心的世貿大廈遭到恐怖分子的襲擊，在先后遭受兩架民航客機的撞擊后，僅過了20min，這幢摩天大樓便轟然倒塌，造成了幾千人的重大傷亡。主要原因就是在高溫作用下，鋼構件很快失去強度和承載能力。鋼材就其自身耐火性能來講，遠低于磚石和鋼混結構，因而，鋼結構的防火問題日益突出。

2工業鋼結構廠房的防火措施

2.1工業鋼結構廠房的防火分區

現代工業要求的廠房常是大空間、大跨度、通透的。為有效地把火災控制在較小范圍內，《建筑設計防火規范》要求在建筑物內劃分防火分區，并明文規定了各級防火分區的最大允許面積。現輕鋼廠房的占地面積通常較大，如軋鋼廠主車間的建筑面積一般都超過5000m2，而規范允許的分區面積為3000m2(生產類別為丙類，采取防火涂層保護后，耐火等級按三級考慮)，因此應作防火分區的分隔。因成套設備生產線的工藝要求，軋鋼車間通常幾公里長，不可能用防火墻把廠房一分兩半，截斷連貫的生產線，從生產的角度，這樣的方案不能滿足生產要求，肯定不會被業主單位同意。在整個車間設自動噴水滅火裝置，使允許的防火分區面積增加一倍，從而滿足規范要求。但要注意以下兩個問題：（1）根據《自動噴滅火系統設計規范》第4.3.2條，超過8m的大空間建筑物，安裝閉式噴頭的作用不大。而工業鋼結構車間的高度大多遠超過8m。（2）有的丙類三級單層鋼結構車間面積達9000m2，需分3個防火分區，若全車間安裝自噴，則防火分區允許面積擴大一倍。

2.2噴涂防火涂料法

噴涂防火涂料法是用噴涂機具將防火涂料直接噴在構件表面，形成保護層。鋼結構防火涂料按所使用的膠粘劑的不同可分為有機防火涂料和無機防火涂料2類，按涂層厚度分為薄涂型和厚涂型2類，薄型涂料涂層較薄，有一定裝飾效果，施工方法可噴可刷，高溫時涂層膨脹增厚保護鋼構件。具有重量輕、施工較簡便，適用于隱蔽結構和裸露的鋼梁、斜撐等構件。薄涂型鋼結構涂料涂層厚度通常為1～6mm，而耐火極限可達0.5～1.5h，這種涂料又稱鋼結構膨脹防火涂料。厚涂型鋼結構防火涂料又稱鋼結構防火隔熱涂料。厚度一般為7～25mm，粒狀表面，導熱系數低，密度較小，耐火極限可達0.5～3.5h。

2.3屏蔽法

鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內，或將構件包藏在兩片墻之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。這是一種經濟的防火方法。

2.4澆筑混凝土或砌筑磚塊法

鋼構失去穩定性的臨界溫度為540℃。在高溫作用下，熱量會迅速傳導至內部，升溫快，科學實驗表明，裸露鋼構的耐火時間僅15min，當結構可能受到熾熱熔化金屬的侵害時，應采用耐火磚或耐熱材料做成的隔熱層加以保護；當結構表面長期受輻射熱達150℃以上或在短時間內可能受到火焰作用時，應采取加隔熱層或水套等。用現澆混凝土作外包層時，可以直接在鋼結構上現澆成型，施工簡單，效果明顯。

2.5維護結構材料的選用

維護結構材料的選用很有研究，很多火災的案例都是由于材料不合格或不符合使用要求造成的。其中保溫材料不合格引起火災占很大比例，因而建材的選用至關重要，主管單位必須嚴格把關，杜絕不合格產品的流通使用。

2.6施工要求

近年來，某冷軋廠火災、廢儲罐火災，都造成了很大的經濟損失和社會影響。究其原因，都是施工方野蠻施工或考慮不周造成的。所以必須精心組織，科學施工，嚴格遵守《防火規范》。

2.7其他

防火方法現在不斷的發展，鋼與混凝土組合結構既能發揮鋼材的力學性能又能發揮混凝土的防火作用，目前被廣泛應用。此外，車間內設置噴淋及獨立水幕，雖然造價很高，但防火效果也很顯著。

3鋼結構主材的選用

鋼結構構件要提供較高的工作可靠度，除了鋼材的強度保證，還應有較好的其他工作指標和工藝技術指標，如焊接性能、抗脆性和疲勞性能、極限塑性和抗裂紋擴展性能等。材質對脆性破壞的影響主要體現在鋼材本身的塑性和韌性，而這又取決于鋼的化學組成、晶體結構以及冶煉方法。研究表明，低合金鋼的抗冷脆性能比低碳鋼高，而低碳鋼中的鎮定鋼、半鎮定鋼和沸騰鋼，其抗冷脆性能依次降低。研究表明，內蒙高原冬季長、夏季短。而且冬季地表溫度大部分均在0℃以下，在一些高海拔地區年平均氣溫在-2～-4℃左右，冬季年平均氣溫在-24～-26℃左右。因此在低溫環境下防止鋼材的脆性破壞，正確選擇結構用鋼材顯得至關重要。門式剛架結構作為承受靜荷載或者間接動荷載的重要承重結構，鋼材選用時應根據具體的工作環境溫度選擇。在所處環境溫度＞－20℃時，應選用Q235B•Z、Q345A（或B）、Q390A（或B）；在所處環境溫度≤－20℃時，鋼材可以選用Q235B•Z、Q345A、Q390A等。

4鋼結構的穩定問題

穩定是鋼結構設計中經常遇到的突出問題，很多結構的坍塌不是由于強度不滿足造成的，而是由于整體失穩造成的，穩定問題如果不處理好將會造成不應有的損失。（1）局部失穩問題。為了有效解決局部失穩問題，建議設置橫向加勁肋和縱向加勁肋，同時，嚴格限制高寬比。（2）整體失穩問題。當梁有鋪板（鋼板或者混凝土板）并與梁的受壓翼緣牢固連接時可不考慮梁的整體穩定。當自由長度與其寬度比超出一定的限值時考慮整體穩定。（3）運行過程中的失穩問題。不按照規程操作或者使用不當，會造成局部應力集中，或者造成最不利荷載分布，進而造成失穩的發生。

5節點設計

5.1梁柱連接節點

5.2柱與基礎連接節點選擇

柱腳與基礎的連接節點根據需要設計成鉸接或者剛接，鉸接節點對基礎部直接產生彎矩，決定基礎截面的主要因素是垂直力和剪力，因而基礎截面尺寸較小，鋼結構柱尺寸較大；剛接節點對基礎產生彎矩，垂直力和剪力起的作用不明顯，基礎截面尺寸較大，鋼柱截面較小。

6抗剪鍵的設置

在地震作用下，廠房的縱向水平力和橫向水平力很大。超出了柱腳螺栓承受的能力，這個時候柱腳底板剪力驗算不滿足，需要設抗剪連接件?！堕T式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》柱腳錨栓不宜用于承受柱腳底部的水平剪力。此水平剪力可由底板與混凝土基礎間的摩擦力（摩擦系數可取0.4）或設置抗剪鍵承受。規范：水平力由摩擦力承受，或由抗剪鍵承受。

7總結

鋼結構工業廠房的設計紛繁復雜，既要考慮經濟因素又要滿足使用要求，往往這里面就會產生矛盾，同時規范的條文不能覆蓋到每一種情況，這就給設計人員帶來新的挑戰，設計人員需