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摘要: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,在工业厂房设计中逐渐代替了笨重的钢筋混凝土结构而得到了普遍应用,文章就钢结构工业厂房的设计与施工中存在的相应问题进行论述。
关键词:钢结构；工业厂房；设计理念；施工理念
中图分类号：TU391 文献标识码：A文章编号：
前言
钢结构工业厂房在我国应用的时间并不长，其具体的设计及施工技巧都还在探索阶段。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。文章将分为设计与施工两个部分来进行论述。在摘要部分已经提到过钢结构工业厂房的主要优点在于：首先，在施工速度方面：钢结构构件可以工厂化批量生产，施工简单，安装快捷，大大缩短施工周期；其次，钢结构工业厂房在自重方面：可减轻建筑物结构质量约30%，特别在地基承载力低和地震设防烈度较高的地方，其综合经济优于钢筋混凝土结构体系；最后，从环保方面考虑：钢结构体系属于环保型绿色建筑体系，钢材本身是一种高强度高效能的材料，具有很高的再循环价值，并且不需要制模施工。
1、对钢结构工业厂房支撑系统的设计原则
为了保证钢结构厂房的空间工作,提高其整体刚度,承受和传递纵向水平力,防止杆件产生过大的变形,避免压杆失稳,以及保证结构的整体稳定性,应根据厂房结构的形式,车间吊车的设置,振动设备以及厂房的跨度、高度,溫度区段的长度等情况布置可靠的支撑系统。厂房每一温度区段应设置稳定的柱间支撑系统,并与屋盖横向水平支撑的布置相协调。下柱支撑的位置是决定厂房纵向结构变形方向的重要因素,并影响温度应力的大小,下柱支撑应尽可能设在温度区段的中部,使吊车梁等纵向构件能随着温度变化比较自由地向区段两端伸缩。当温度区段的长度不大时,一般在温度区段的中部设置一道下段柱支撑,但温度区段的长度大于150 米时,为了保证厂房的纵向刚度,应在温度区段内设置两道下段柱支撑,其位置应尽可能布置在温度区段中间三分之一的范围内,为了避免过大的温度应力,两道支撑的中心距离不宜大于72 米。
2、钢结构工业厂房图纸设计的重要性
无论在什么样的工程中，图纸是工程施工的依据。在钢结构工业厂房的设计期间，要组织施工单位专业技术人员对图纸进行会审,检查施工图纸中的“错、漏、碰、缺”,力争把问题解决在施工之前,减少因图纸问题对工程质量、进度的影响。钢结构工程要针对制作阶段和安装阶段分别编制施工组织设计,其中制作工艺内容应包括制作阶段各工序、各分项的质量标准、技术要求,以及为保证产品质量而制订的各项具体措施。
3、厂房各系统设计中应特别注意的问题
(1)铰接屋架上承及下承做法对柱的影响
上承式屋架优点:屋架支座处传力好。屋架在安装时的稳定性好,而且基本上可不必考虑屋架受力后弦杆弹性伸长的影响。上弦在竖向荷载作用下的压缩变形可补偿屋架下挠时(坡度变直时)支座向外的位移。其总位移量的消长情况与屋面坡度有关,当屋面坡度i≥1/6,柱顶仍将向外推移。当i≤1/10柱顶非但不会向外推移,甚至有向里移动的可能,这个优点在多跨厂房中更为重要。上承式屋架缺点:上承屋架端支座底部至端节点中心的距离较大,约为下承式屋架的23倍。因此,在柱顶水平剪力作用下对支座节点的偏心弯矩较大,设计时应引起注意。一般可采取以下两种方式解决:①采用侧接法与柱顶相连,以减少甚至消除偏心弯矩;②在与支座节点相连的屋架杆件设计中,考虑此偏心弯矩的影响,下承式屋架做法优缺点正好与上承式相反。
(2)柱
柱截面选用时,为了经济,宜优先选用钢管混凝土柱或型钢格构柱。为了经济,在工艺允许的情况下可增加纵向系杆,以减小厂房柱的平面外计算长度。
(3)柱间支撑
支撑杆件采用单拉杆设计或一镰一压杆件设计,应根据受力大小及杆件长度确定。目前流行采用单杆既在前后片杆件之间不打缀条设计,便于中间穿行管道、钢梯及参观走道。
(4)吊车梁系统
吊车梁中间加劲肋板与上翼缘的焊缝国标图集与钢结构设计规范不同(钢结构设计规范要求刨平顶紧后焊接,国标图集仅采用焊缝),建议采用刨平顶紧后焊接。平板支座处加劲肋国标图集中是上下刨平顶紧,为了便于施工,建议改为上端坡口焊,下端刨平顶紧后焊接。
4、对钢结构工业厂房抗震性设计的重点
在对钢结构工业厂房做抗震设计时应注意:首先,在总体布置方面要求厂房结构的质量和刚度均匀分布,使厂房受力均匀,变形协调,尽量避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响，厂房横向结构宜采用刚架或者使屋架与柱有一定固结的框架,以便充分利用钢结构的受力性能并减少横向结构变形；其次，钢结构厂房的破坏一般情况不是由于杆件强度不足而常常因为杆件失稳而造成,所以合理布置支撑系统,保证厂房结构整体稳定性,对钢结构厂房尤为重要；最后，在地震作用下,存在着低周疲劳作用,设计时应注意其对厂房的影响。对结构连接点的设计,应保证节点的破坏不先于结构构件的全截面屈服,应使结构构件能进入塑性工作,充分吸收地震能量发挥其抗震能力。
5、在钢结构进行吊装的过程中的注意事项归纳
具体注意事项包括：首先，把柱脚的底板的十字线弹出,地脚螺栓的中心线弹出,柱脚剪力孔清理干净,待钢柱就位后,调整标高,把螺母紧固；其次，吊装完一个区域的钢柱后,吊装连系杆,这样保证钢柱整体稳定性,使吊装钢梁时钢柱不容易变形；最后，吊装钢梁,两对钢梁空中对接,并把高强螺栓初拧,第一根钢梁用四道缆风绳拉紧,防止钢梁向一边倾斜。
6、结构体系和柱网确定
（1）结构体系
单层厂房钢结构体系主要由横向结构和纵向结构系统组成。横向系统就是排架。名称可以称作框排架、刚架等。也可以称为铰接排架及刚接排架。具体情况根据工艺要求、厂房刚度要求、结构受力情况、材料选用情况等确定。纵向系统一般由柱及其支撑、托架、吊车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成。
（2）柱网
柱网应根据工艺要求、经济柱距及跨度、建筑美的要求等方面确定。经济指标是综合的,包括基础费用,钢材用量、制作安装难度及进度等。跨度一般根据工艺要求确定。通过多年设计经验总结,经济柱距为:重型厂房地基差时宜采用24m,中型厂房地基差时采用18m、15m,轻型厂房采用12m;地基较好时厂房一般宜采用12m、18m柱距。
（3）厂房温度伸缩缝
横向温度伸缩缝一般采用双柱伸缩缝。厂房纵向温度伸缩缝一般采用单柱伸缩缝,方法是厂房一侧采用摇摆柱或采用滚动支座来实现伸缩。
7、吊车梁系统的安装难点解析
在钢结构工业厂房的施工过程中，吊车梁的安装必须严格按规范从柱间支撑跨进行,柱间支撑安装连接后已形成一个比较稳定的空间刚度单元,从此处安装一是保证安全,二是能保证吊车梁安装不会影响柱子的垂直度。同时在安装过程中对端部截面误差较大的吊车梁底部应配调整垫板,该垫板在吊车梁系统调整完后应焊接固定。按事先测放的定位线精确对中。制动系统的连接应在吊车梁调整固定后正式连接。当制动板与吊车梁高强螺栓连接,和辅桁架焊接连接时,为防止连续施焊对高强螺栓的影响应先将制动板和吊车梁的高强螺栓连接,并进行初拧,然后调整辅桁架,并于制动板点焊固定后终拧高强螺栓,最后进行制动板和辅桁架的焊接。高强螺栓的紧固和制动板的焊接,均要遵循由每块板的中间往两边进行,以减小板内应力。
8、关于钢结构构件的码放问题
构件堆放原则为:现场急需安装的应直接堆放到现场,按照吊装顺序先吊装的放在上头,后吊装的放在下头.不急于吊装的构件暂时存放在现场外.堆放时应注意柱梁分开并按照轴线分类码放.存放场地应设专人进行管理,并按供货要求和供货清单进行清点,资料存档.构件堆放时H型构件应立放,不得平放.每个构件的支点不得少于两个,支点的位置宜在构件端部七分之一跨处,叠放时不得超过三层并用木方正确分层垫好垫平,支点应上下对齐。
9、结语
工业厂房是工业生产的根据地和大本营，随着经济的发展和工业建设的不断扩大和深入，工业建设也在不断地深入发展中，这就要求工业厂房的建设要跟上工业发展的步伐以促进其生产。工业厂房的建筑形式多种多样，设计者可根据实际情况选择设计不同形式的工业厂房，施工方也应加强施工管理，以使工业厂房建设尽善尽美。
参考文献:
[1]路克宽.钢结构工程便携手册[M].北京机械工业出版社,2003.
[2]王景文.钢结构工程施工与质量验收实用手册[M].中国建材工业出版社,2005.
[3]陈绍蓉.钢结构[M].中国建筑工业出版社,2006.
关键词:钢结构；工业厂房；设计理念；施工理念
中图分类号：TU391 文献标识码：A文章编号：
前言
钢结构工业厂房在我国应用的时间并不长，其具体的设计及施工技巧都还在探索阶段。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。文章将分为设计与施工两个部分来进行论述。在摘要部分已经提到过钢结构工业厂房的主要优点在于：首先，在施工速度方面：钢结构构件可以工厂化批量生产，施工简单，安装快捷，大大缩短施工周期；其次，钢结构工业厂房在自重方面：可减轻建筑物结构质量约30%，特别在地基承载力低和地震设防烈度较高的地方，其综合经济优于钢筋混凝土结构体系；最后，从环保方面考虑：钢结构体系属于环保型绿色建筑体系，钢材本身是一种高强度高效能的材料，具有很高的再循环价值，并且不需要制模施工。
1、对钢结构工业厂房支撑系统的设计原则
为了保证钢结构厂房的空间工作,提高其整体刚度,承受和传递纵向水平力,防止杆件产生过大的变形,避免压杆失稳,以及保证结构的整体稳定性,应根据厂房结构的形式,车间吊车的设置,振动设备以及厂房的跨度、高度,溫度区段的长度等情况布置可靠的支撑系统。厂房每一温度区段应设置稳定的柱间支撑系统,并与屋盖横向水平支撑的布置相协调。下柱支撑的位置是决定厂房纵向结构变形方向的重要因素,并影响温度应力的大小,下柱支撑应尽可能设在温度区段的中部,使吊车梁等纵向构件能随着温度变化比较自由地向区段两端伸缩。当温度区段的长度不大时,一般在温度区段的中部设置一道下段柱支撑,但温度区段的长度大于150 米时,为了保证厂房的纵向刚度,应在温度区段内设置两道下段柱支撑,其位置应尽可能布置在温度区段中间三分之一的范围内,为了避免过大的温度应力,两道支撑的中心距离不宜大于72 米。
2、钢结构工业厂房图纸设计的重要性
无论在什么样的工程中，图纸是工程施工的依据。在钢结构工业厂房的设计期间，要组织施工单位专业技术人员对图纸进行会审,检查施工图纸中的“错、漏、碰、缺”,力争把问题解决在施工之前,减少因图纸问题对工程质量、进度的影响。钢结构工程要针对制作阶段和安装阶段分别编制施工组织设计,其中制作工艺内容应包括制作阶段各工序、各分项的质量标准、技术要求,以及为保证产品质量而制订的各项具体措施。
3、厂房各系统设计中应特别注意的问题
(1)铰接屋架上承及下承做法对柱的影响
上承式屋架优点:屋架支座处传力好。屋架在安装时的稳定性好,而且基本上可不必考虑屋架受力后弦杆弹性伸长的影响。上弦在竖向荷载作用下的压缩变形可补偿屋架下挠时(坡度变直时)支座向外的位移。其总位移量的消长情况与屋面坡度有关,当屋面坡度i≥1/6,柱顶仍将向外推移。当i≤1/10柱顶非但不会向外推移,甚至有向里移动的可能,这个优点在多跨厂房中更为重要。上承式屋架缺点:上承屋架端支座底部至端节点中心的距离较大,约为下承式屋架的23倍。因此,在柱顶水平剪力作用下对支座节点的偏心弯矩较大,设计时应引起注意。一般可采取以下两种方式解决:①采用侧接法与柱顶相连,以减少甚至消除偏心弯矩;②在与支座节点相连的屋架杆件设计中,考虑此偏心弯矩的影响,下承式屋架做法优缺点正好与上承式相反。
(2)柱
柱截面选用时,为了经济,宜优先选用钢管混凝土柱或型钢格构柱。为了经济,在工艺允许的情况下可增加纵向系杆,以减小厂房柱的平面外计算长度。
(3)柱间支撑
支撑杆件采用单拉杆设计或一镰一压杆件设计,应根据受力大小及杆件长度确定。目前流行采用单杆既在前后片杆件之间不打缀条设计,便于中间穿行管道、钢梯及参观走道。
(4)吊车梁系统
吊车梁中间加劲肋板与上翼缘的焊缝国标图集与钢结构设计规范不同(钢结构设计规范要求刨平顶紧后焊接,国标图集仅采用焊缝),建议采用刨平顶紧后焊接。平板支座处加劲肋国标图集中是上下刨平顶紧,为了便于施工,建议改为上端坡口焊,下端刨平顶紧后焊接。
4、对钢结构工业厂房抗震性设计的重点
在对钢结构工业厂房做抗震设计时应注意:首先,在总体布置方面要求厂房结构的质量和刚度均匀分布,使厂房受力均匀,变形协调,尽量避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响，厂房横向结构宜采用刚架或者使屋架与柱有一定固结的框架,以便充分利用钢结构的受力性能并减少横向结构变形；其次，钢结构厂房的破坏一般情况不是由于杆件强度不足而常常因为杆件失稳而造成,所以合理布置支撑系统,保证厂房结构整体稳定性,对钢结构厂房尤为重要；最后，在地震作用下,存在着低周疲劳作用,设计时应注意其对厂房的影响。对结构连接点的设计,应保证节点的破坏不先于结构构件的全截面屈服,应使结构构件能进入塑性工作,充分吸收地震能量发挥其抗震能力。
5、在钢结构进行吊装的过程中的注意事项归纳
具体注意事项包括：首先，把柱脚的底板的十字线弹出,地脚螺栓的中心线弹出,柱脚剪力孔清理干净,待钢柱就位后,调整标高,把螺母紧固；其次，吊装完一个区域的钢柱后,吊装连系杆,这样保证钢柱整体稳定性,使吊装钢梁时钢柱不容易变形；最后，吊装钢梁,两对钢梁空中对接,并把高强螺栓初拧,第一根钢梁用四道缆风绳拉紧,防止钢梁向一边倾斜。
6、结构体系和柱网确定
（1）结构体系
单层厂房钢结构体系主要由横向结构和纵向结构系统组成。横向系统就是排架。名称可以称作框排架、刚架等。也可以称为铰接排架及刚接排架。具体情况根据工艺要求、厂房刚度要求、结构受力情况、材料选用情况等确定。纵向系统一般由柱及其支撑、托架、吊车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成。
（2）柱网
柱网应根据工艺要求、经济柱距及跨度、建筑美的要求等方面确定。经济指标是综合的,包括基础费用,钢材用量、制作安装难度及进度等。跨度一般根据工艺要求确定。通过多年设计经验总结,经济柱距为:重型厂房地基差时宜采用24m,中型厂房地基差时采用18m、15m,轻型厂房采用12m;地基较好时厂房一般宜采用12m、18m柱距。
（3）厂房温度伸缩缝
横向温度伸缩缝一般采用双柱伸缩缝。厂房纵向温度伸缩缝一般采用单柱伸缩缝,方法是厂房一侧采用摇摆柱或采用滚动支座来实现伸缩。
7、吊车梁系统的安装难点解析
在钢结构工业厂房的施工过程中，吊车梁的安装必须严格按规范从柱间支撑跨进行,柱间支撑安装连接后已形成一个比较稳定的空间刚度单元,从此处安装一是保证安全,二是能保证吊车梁安装不会影响柱子的垂直度。同时在安装过程中对端部截面误差较大的吊车梁底部应配调整垫板,该垫板在吊车梁系统调整完后应焊接固定。按事先测放的定位线精确对中。制动系统的连接应在吊车梁调整固定后正式连接。当制动板与吊车梁高强螺栓连接,和辅桁架焊接连接时,为防止连续施焊对高强螺栓的影响应先将制动板和吊车梁的高强螺栓连接,并进行初拧,然后调整辅桁架,并于制动板点焊固定后终拧高强螺栓,最后进行制动板和辅桁架的焊接。高强螺栓的紧固和制动板的焊接,均要遵循由每块板的中间往两边进行,以减小板内应力。
8、关于钢结构构件的码放问题
构件堆放原则为:现场急需安装的应直接堆放到现场,按照吊装顺序先吊装的放在上头,后吊装的放在下头.不急于吊装的构件暂时存放在现场外.堆放时应注意柱梁分开并按照轴线分类码放.存放场地应设专人进行管理,并按供货要求和供货清单进行清点,资料存档.构件堆放时H型构件应立放,不得平放.每个构件的支点不得少于两个,支点的位置宜在构件端部七分之一跨处,叠放时不得超过三层并用木方正确分层垫好垫平,支点应上下对齐。
9、结语
工业厂房是工业生产的根据地和大本营，随着经济的发展和工业建设的不断扩大和深入，工业建设也在不断地深入发展中，这就要求工业厂房的建设要跟上工业发展的步伐以促进其生产。工业厂房的建筑形式多种多样，设计者可根据实际情况选择设计不同形式的工业厂房，施工方也应加强施工管理，以使工业厂房建设尽善尽美。
参考文献:
[1]路克宽.钢结构工程便携手册[M].北京机械工业出版社,2003.
[2]王景文.钢结构工程施工与质量验收实用手册[M].中国建材工业出版社,2005.
[3]陈绍蓉.钢结构[M].中国建筑工业出版社,2006.