钢结构厂房的设计与施工!

2025-02-11

钢结构厂房主要是指主要的承重构件是由钢材组成的。包括钢柱子,钢梁,钢结构基础,钢屋架(当然厂房的跨度比较大,基本现在都是钢结构屋架了),钢屋盖,注意钢结构的墙也可以采用砖墙围护。由于我国的钢产量增大,很多新建厂房已开始采用钢结构厂房了,具体还可以分轻型和重型钢结构厂房。用钢材建造的工业与民用建筑设施被称为钢结构。

钢结构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。

一、钢结构厂房的优缺点

优点:1、用途广泛:可适用于工厂、仓库、办公楼、体育馆、飞机库等等。既适合单层大跨度建筑,也可用于建造多层或高层建筑。
2、施工速度:钢结构构件可以工厂预制完成,现场只需要简单拼装,施工简单,安装快捷,大大缩短施工周期。
3、经久耐用,易于维修:通过电脑设计而成的钢结构建筑可以抵抗恶略气候,并且只需要简单保养。
4、美观实用:钢结构建筑线条简洁流畅,具有现代感。彩色墙身板有多种颜色可供选择,墙体也可采用其他材料,因而具有灵活性。
5、强度高,重量轻:钢材的密度虽然比其他建筑材料大,但它的强度很高,同样受力情况下,钢结构自重小,可以做成跨度较大的结构。
6、塑性好、韧性好:钢材的塑性好,结构在一般情况下不会因偶然超载或局部超载而突然断裂。钢材的韧性好,使结构对动荷载的适应性较强。
7、环保方面: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。
缺点:1、防火性差:温度超过150 ℃时,其强度明显下降。当温度达到500—600t时,强度几乎为零。所以,发生火灾时,钢结构的耐火时间较短,会发生突然的坍塌。对有特殊要求的钢结构.要采取隔热和耐火措施。

2、不耐腐蚀:钢材在潮湿环境中,特别是处于有腐蚀性介质环境中容易锈蚀,需要定期维护,增加了维护费用。

二、钢结构厂房图纸设计要求

钢结构厂房的设计必须符合国家和地方的建筑法规、标准以及行业规范。图纸设计是钢结构厂房建设的基础,它决定了厂房的结构形式、材料选择、连接方式等关键要素。
合理的设计能够确保厂房在承受各种荷载(如自重、风载、雪载、地震作用等)时具有足够的强度和稳定性。通过精确的设计,可以合理控制材料的使用量,避免浪费,从而降低建设成本。
设计阶段考虑施工便捷性,可以减少施工过程中的困难和额外费用。详细的图纸设计能够为施工提供明确的指导,使施工人员能够准确理解设计意图,减少错误和返工。设计图纸中的标注和说明可以帮助施工人员快速定位构件、理解安装顺序,从而提高施工效率。图纸设计不仅关注建设阶段,还考虑厂房的长期使用。合理的设计可以使得后期维护更加便捷。

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,确定图纸设计无误,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。

四、对钢结构厂房抗震性设计

钢结构厂房的抗震性设计是确保其在地震发生时能够保持稳定和安全的关键环节。钢结构厂房的总体布置应尽可能规则,避免平面和立面过于复杂或不规则,以减少地震作用下的扭转效应和应力集中。
根据地震烈度和地质条件,选择合理的结构形式,如框架结构、框架-支撑结构等。厂房结构的质量和刚度分布均匀,受力均匀,变形协调,避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响。对钢结构厂房的最大高宽比制定限值,不宜大于合理的限值,超过时应进行专门研究,采取必要的抗震措施。
节点连接应采用高强度螺栓或焊接,确保连接牢固可靠,降低地震时节点破坏的风险。合理布置支撑系统,保证厂房结构的整体稳定。钢结构的横向结构宜采用刚架,或使屋架与柱有一定的固结,以充分利用钢结构的力学性能,减少横向结构的变形。
选用质量等级符合要求的钢材,确保钢材具有良好的强度和韧性。在低温条件下工作的钢材,其质量等级应更高。钢结构构件应合理控制尺寸,防止局部失稳或整体失稳。同时,加强构件之间的连接,提高结构的整体变形能力。
对于一般的钢结构厂房,可能不需要设置抗震缝。但对于多层厂房或结构体型复杂、平立面特别不规则的厂房,应根据实际情况设置抗震缝。抗震缝的设置应满足规范要求,确保缝宽不小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍,以保证结构在地震作用下的独立性和稳定性。
在施工过程中,必须严格按照设计要求进行安装,确保构件之间的连接紧密可靠。同时,注意施工质量,避免对结构造成损伤。定期对钢结构厂房进行检查和维护,及时发现和处理潜在的安全隐患,确保厂房在地震发生时的稳定性和安全性。

五、钢结构厂房耐热能力设计

钢结构厂房的耐火性能较差,主要是因为钢材的导热性好,且钢材的冲击韧性和屈服点与极限强度在超过一定温度后会显著下降。例如,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。在250℃时,钢材抗拉强度略有提高,而塑性却降低,出现蓝脆现象,钢材的冲击韧性下降。超过300℃时,屈服点与极限强度下降,而实际火灾中,钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度约为500℃。当温度达500℃时,钢材强度降至很低,以致钢结构塌落。而火场温度可达800~1000℃。因此,钢结构厂房必须采取适当的防火措施来提高其耐火极限,防止钢结构在火灾中迅速升温到临界温度,从而避免产生过大变形导致建筑物倒塌。
选用具有良好高温强度和热稳定性的钢材,如Q345GJC、Q420GJC等耐热性钢材,这类钢材在高温下仍能保持较高的力学性能和稳定性,另外在钢结构表面涂抹防火涂料,可有效提高钢材的耐火极限,延缓钢材在高温下的软化时间。
设计合理的隔热层,采用耐高温的保温材料(如岩棉、硅酸铝纤维等),减少外部热源对钢结构内部的直接影响。设计高效的通风散热系统,利用自然风压或机械通风,加速厂房内部热空气排出,降低整体温度。
设置高温报警装置,当厂房内温度超过设定阈值时,自动启动通风设备或采取其他降温措施。安装自动喷水灭火系统,气体灭火系统等消防设施,确保火灾初期能够迅速得到控制。

六、钢结构厂房的施工流程

1、现场勘探‌:勘察现场实际情况,确保施工质量。
2‌、施工放线‌:根据设计要求,使用经纬仪或水准仪复核轴线、标高,用记号笔或墨线作上记号,注明标高,并做好记录。‌3
3、‌基础预埋‌:在进行基础混凝土浇筑之前,预埋好螺栓,使用水准仪、经纬仪控制横轴纵轴,确保水平面标高及垂直度一致。
‌4、吊装钢柱‌:确保柱底混凝土达到设计强度的95%后方可进行吊装,使用经纬仪控制钢梁的垂直度。
5、‌墙面檩条安装‌:采用一钩多吊或成片吊装的方法吊装檩条,校正间距尺寸及自身平直度,最后用螺栓固定。
6、‌墙板安装‌:按檩条位置从一端开始进行墙板安装,板与板之间必须咬紧,再用螺钉固定,墙板接缝处做好防水处理。
‌7、檩条安装‌:薄壁型钢檩条安装时,可用起重机或人力吊升,直接用螺栓连接在檩条托板上。
8‌、屋面板安装‌:根据现场主钢构的吊装完成情况,从一端山墙开始,严格按施工图纸进行排列,严禁错放、漏放。
‌9、厂房涂装‌:在完成所有钢材搭建后,清理完金属表面污渍后,依次进行涂防锈漆→刮腻子→涂磷化底漆→涂刷面漆。
‌10、完工验收‌:根据设计图纸及施工计划,验收施工是否符合设计要求,确保钢结构厂房的安全性。

三、钢结构厂房支撑系统的设计原则

钢结构厂房支撑系统的设计原则主要围绕确保厂房结构的整体稳定性、提高侧向刚度、有效传递纵向水平力,并防止杆件发生过大的变形或失稳。钢结构厂房的支撑系统通常包括屋盖水平支撑、柱间支撑及其他辅助支撑系统。这些支撑系统共同构成厂房的稳定结构骨架,确保厂房在各种荷载作用下的安全性和稳定性。以下是详细的设计原则:
1、柱间支撑一般设在温度区段的两端开间或端部第二个开间,以有效抵抗温度应力和风荷载。每列柱间都需要设置支撑,以形成稳定的纵向排架结构。当厂房宽度大于60米时,中间柱列应适当增加支撑。柱间支撑可采用十字形、人字形、门形等多种形式,具体形式应根据厂房结构、跨度、高度及工艺要求确定。
2、轻型厂房多采用交叉布置的十字形支撑,而设置桥式吊车的厂房则可能需要上下两道支撑。刚性支撑与地面的交角宜控制在30°至60°之间,以确保支撑具有足够的抗侧能力。
3、屋盖水平支撑应设在温度区段的两端开间内,以直接传递山墙荷载。当第一开间内不能设置时,可设置在第二开间内,但需在第一开间内设置相应的刚性系杆。
4、当建筑物或温度伸缩区段较长时,应增设一道或多道水平支撑,间距不宜大于60米。除柱间支撑和屋盖水平支撑外,根据厂房的具体情况,还可能需要设置其他辅助支撑系统,如屋架支撑、墙架支撑等。这些支撑系统的设计原则同样应遵循确保结构稳定、提高侧向刚度、有效传递荷载的基本原则。

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