现在我国钢结构建筑越来越多,尤其是四川这边地震频发区,钢结构的抗震性能好,更加受到青睐。钢结构厂自重小、强度高、施工方便使用材料环保。钢结构厂已经成为未来厂房的发展方向。
钢结构厂与传统厂房相比,在许多方面都具有明显优势:能灵活分割空间,减少传统厂房柱面的截面积,大大提高了面积使用率;节能效果和保温性能好,可充分发挥钢结构延性和塑性变形能力;具有良好的抗震抗风能力,可提高建筑的安全性能;质量轻,可减少基础造价,其施工速度比传统建筑更快,大大提高了投资效益;环保效果好,主要使用绿色可回收材料,材料可再生或降解,不会造成环境污染;建筑风格灵活简单,用户可根据不同需求分割内部空间,达到充分利用空间的目的;适用于大批量生产、工业化程度较高的工厂,有节能、防水、隔热等功能,这也有效减少了生产过程中的资源浪费。钢结构厂将设计、生产与施工一体化,有效提高了厂房利用水平。相信未来钢结构厂的发展前景会更加广阔!
那么,要设计钢结构厂房应该注意哪些要点呢?
一、选址设计
厂房设计选址很关键,应该尽量避免地震区,地震区房屋的伸缩缝是合一的,当房屋较长时,宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝;施工中,每隔40m设置一道800mm一个1400mm宽的后浇带,后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段;在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位,适当提高配筋率;加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。
二、结构体系设计
钢结构厂房一般需要比较大的空间,通常采用框架结构,在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。结构布置的原则是:尽量使柱网对称均匀布置,使房屋的刚度中心与质量中心相近,以减小房屋的空间扭转作用,结构体系要求简捷、规则、传力明确。避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩,以及竖向变化过多的外挑和内收,力求沿竖向的刚度不突变或少突变。由于多层厂房跨度方向尺寸较大,柱子少;而柱距方向尺寸较小,柱子多。一般都是横向控制,使纵横向的抗震能力大致相同,不仅有利于抗震,也使设计更为经济合理。
三、防火设计
钢结构工业厂房防火能力比较差,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;温度在250℃左右时,钢材抗拉强度略有提高,而塑性却降低,出现蓝脆现象;当温度超过250℃时钢材出现徐变现象;当温度达500℃时,钢材强度降至很低,以致钢结构塌落。因此,钢结构必须做隔热及防火设计。
1、正确定义建筑物生产的火灾危险性类别,合理确定建筑的耐火等级依据《建筑设计防火规范》,对厂房生产火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊五类,如果确定工程为二级耐火等级,就应该严格按照二级耐火等级加涂防火涂料进行防护,使钢构件达到二级防火等级的耐火极限要求。
2、设计时要选用恰当的钢结构防火保护方法对钢结构采取有效的保护,就是将钢结构的耐火极限提高到规范规定的值,防止钢构件遇火发生变形塌落。目前,保护钢结构厂房最常用的方法是在其表面涂覆钢结构防火涂料,发生火灾时它作为耐火隔热保护层,有效地提高钢构件的耐火极限,满足现行国家规范的要求。在使用防火涂料时,应当注意防火涂料和底层防腐涂料的相互匹配,不得与底层防腐涂料发生化学反应,以免影响防腐防火效果。我们在设计时,要根据不同建筑对构件耐火极限的要求,通过科学比较,选出最恰当的防火保护方法,达到经济和安全要求。
3、钢结构建筑设计时要合理划分建筑物的防火分区,对每个防火分区的面积进行严格的控制。同时要控制每个分区的疏散口数量及疏散距离,安全出口是指符合防火规范规定的疏散楼梯、直通室外地平面或安全区域的门。由于钢结构建筑自身存在的弱点,我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素,将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑,加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求,科学设置疏散指示标志,使人员能快速疏散到安全地带,从而减少人员伤亡和财产损失。
四、防腐设计
钢结构表面直接暴露在大气中比较容易锈蚀,当空气中有侵蚀性介质或处在潮湿环境中时,钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀会使构件截面减小,并在钢构件表层局部产生锈坑,当构件受力时将引起应力集中,使结构遭到破坏。在做防腐设计时应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、工艺布置、材料选择等方面采取相应对策和措施,以确保厂房结构的安全。我们通常采用防锈防腐涂料对钢结构进行涂装保护,保护层透气是造成金属表面失去阴极保护而加快锈蚀速率的诱因。因此,防腐涂层只有具备了致密、疏水性强、附着力好、电阻大或涂层足够厚的条件时,才能有效地屏蔽水蒸气、氧气、氯离子等的侵蚀,起到物理防锈作用。一般室内钢结构在自然大气介质作用下,要求涂层厚度100μm,即底漆两道,面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构,要求漆膜总厚度为150μm~200μm。在酸环境中的钢结构要求使用氯磺化防酸漆。钢柱柱脚在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹,其保护层厚度不小于50mm。
五、应对环境设计
1、采光:钢结构厂房的建筑面积一般都比较大,在白天通过天窗改善室内照明,节省能源。在金属屋面的特定位置布置采光板或采光玻璃,应、考、虑天窗的使用寿命与金属屋面板协调,在天窗与金属屋面板的连接处做好防水处理。
2、防潮:特别是在夏季多雨季节,防止在金属屋面底层和金属屋面层内有水蒸气凝结,排走金属屋面层内的水汽。解决方案是在金属屋面层内填充保温棉,金属屋面底板上铺置防水膜,金属屋面板上有可通风的节点。
3、防雷:夏季多雷雨,钢结构厂房在设计时,需要把雷电引到地面上,防止雷电击穿金属屋面进入室内。
4、防渗:除了做好防漏工作,钢结构厂房还必须防止雨水从外面渗到金属屋面板内。雨水主要是通过搭接缝隙或节点进入金属屋面。要达到防渗的功能,需在螺钉口使用密封垫圈后采用隐藏式固定,在板的搭接处用密封胶或焊接处理,最好是用通长的板以消除搭接,在各种节点部位腹胀严密的防水处理。
5、隔音:一般的钢结构厂房大多都用于生产车间。在生产建造过程中,难免会有噪声产生,钢结构厂房为阻止声音从室外传到室内或从室内传到室外。在金属屋面层内填充隔音材料(通常由保温棉充当),隔音效果以金属屋面层两侧的声强差分贝表示。隔音效果与隔音材料的密度、厚度有关。应注意:隔音材料对不同频率的声音的阻隔效果不一样。
6、保温:做好夏季的雨水工作,另一方面也要做好冬季的保温。阻止热量在钢结构厂房金属屋面的两侧传递,使室内气温稳定。保温功能通过在金属屋面板下填充保温材料(常用的有玻璃棉、岩棉)实现,保温效果以U值表示,单位是W/M2K。保温性能由以下因素决定:保温棉的原料、密度、厚度;保温棉的湿度,金属屋面板与下层结构的连接方式(要防止“冷桥”现象);金属屋面层对热辐射的反复能力。