对工业厂房屋面轻钢结构设计的探讨

对工业厂房屋面轻钢结构设计的探讨

魏震南

魏震南(哈尔滨工业大学建筑设计研究院150090)

摘要：工业厂房是工业生产中最为重要的基础设施，从其设计结构上看，主要以钢结构为主。这种结构的广泛运用主要是由于其自身具有一定的的突出特点，比如自重较轻，跨度很大等。另外，在进行操作的过程中也较其他的结构灵活，如果在正常施工的情况下，很少会出现施工周期拖延的问题。但是从钢结构的运用上可以看出，其自身也存在着一定的弱点，主要表现在其腐蚀性、耐热性以及自身的稳定性三个方面还不够完善。因此，相关的技术人员和施工人员需要加强对相关的排水和通风设备的重视，同时对于结构构件和节点等设施进行控制。最大限度地发挥钢结构的优势，保证工业厂房屋面的质量。

关键词：工业厂房；屋面设置；钢结构钢结构在工业厂房的设置中起到了至关重要的作用，主要是由于钢结构自身的物理性质和结构特点使然。在具体的工业厂房设置中，应该根据建筑需要以及施工特点来采取切实可行的措施来进行，这样才能保证厂房屋面的稳定性和耐久性。但是在进行厂房钢结构的设计工作中，还会存在诸多的问题，亟待解决。这就给工作人员带来了较大的难题。接下来，笔者就从钢结构设计工作中需要考虑的问题以及措施等方面进行了具体的分析，仅供参考。

一、工业厂房钢结构设计中存在的问题1、钢材的保温性和防火性众所周知，钢材具有较高的保温和导热的功能，通常情况下，在周围温度达到100℃之后，钢结构本身的强度就会降低，增加其科学性。如果温度继续增加，钢材的强度几乎为零，这是钢结构就会出现倒塌的现象。由于工厂在生产的过程中，难免会遇到高温现象。所以在采用钢结构时应该对其保温性和防火性进行控制。通常情况下，尽量避免钢结构处于高温的状态下，或者是在钢结构的表面包上一些防火设备。同时严格按照国家的相关法律法规来进行设计和施工。

2、屋面的防水工作由于屋面一直裸露在室外，因此会受到雨水的冲涮和腐蚀。因此，做好厂房屋面的防水工作和排水工作对于整个厂房的结构的稳定性起到一定的促进作用。一般来说，屋面要设置一定的坡度，因此，需要根据相关的规定来对坡度角进行设置。但是不同的地区对于厂房的屋面设置具有不同的要求。如果厂房所在地域的雨量大或者是积雪较多，就需要加大屋面坡度角。相反，如果雨量较小，就可以将坡度设置在5％左右。但是，厂房屋面的结构也存在着一定的差异，主要有单坡屋顶和大跨度屋顶两种，每种结构的设计标准也有所不同。对于单坡屋顶来说，根据地方的气温差异和降水量的大小来进行设计。

而大跨度屋面多采用角驰型的外板，在锁扣连接处做好防范工作。为了减少屋面的渗漏问题，尽量减少射钉的数量。这种板型具有较大的优势，主要体现在调节性和操作上。而且这种板型结构的设计可以避免对彩板的锈蚀作用。另外，还要对屋顶的风机，采光带，彩板等部位进行严格地控制，使其在不影响正常工作的条件下，进行合理的设置。要对基础构件的长度、宽度掌握好。只有对屋面的防水工作加强重视，才能从根本上保证厂房的耐久性。

具体来说，屋顶的排水工程可以有多种排水方式，主要有自由性排水，内天沟、外挂天沟等等。而且可以根据雨水的形式和排水的方式来采取合适的排水法。从整个屋面的渗漏情况来看，天沟部位的排水是较为常见的，但是排水工程所需的工程造价相对较高，所以减少内天沟的数量是解决排水问题的有效途径。另外，虹吸排水的形式也得到了管理人员的重视。这主要是根据厂房单体的大小来决定。如果单体较小，就需要采用横吊管排水。相反如果单体较大，则说明纵向的尺寸也相对较大，完全可以利用虹吸排水方式。虹吸排水的工作原理如下：当屋面雨水量较小时，虹吸斗未淹没，雨水管内雨水为重力流；当暴雨来临时，虹吸斗被淹没，雨水管内形成虹吸有压排水，雨水可较快的排出；从而有效避免雨水倒灌的问题。当选用虹吸排水时，应注意天沟内高度及宽度满足虹吸斗淹没要求，且屋面檩条应垫高，以配合天沟高度。现阶段虹吸排水造价较高，但它的优势正被人们逐渐认识，更多的工业厂房将选用虹吸式排水。

3、通风设计根据厂房内通风及排烟要求，屋面可设置天窗、通风器，墙面可设置开启窗或排风扇。当工位固定时，也可设置工位集中送风。工程设计时，可根据工艺特点区别选用。例如铸造车间、焊接车间等热气、废气较多的车间，屋面应设置天窗或通风器集中通风。当个别区域未位于屋脊下方时，可设置顺坡通风器，以解决通风问题。总之，钢结构厂房的设计，应根据其特点进行综合设计，使设计安全可靠，经济合理且满足工艺要求。

二、结构体系布置应合理，传力明确1.设计常用的结构体系如下，可根据工程实际情况区分选用：1）框架一支撑体系。横向设计成刚接框架，纵向设计成柱一支撑体系，用柱间支撑抵抗水平荷载。这种体系适用于纵向较长，横向较短的厂房。其具有经济节约的特点，但柱问支撑有时会影响使用。

2）纯框架体系。把厂房纵横两个方向都设计成刚接框架，不设置柱间支撑。其优点是使用空间不受影响，缺点是柱不宜采用工字型柱，而要采用两个方向惯性矩差别不大的截面形式，使用钢量增加。

3）钢架加支撑的混合体系。这种形式与第一种形式不同之处在把纵向设计成钢架和支撑混合的型式，靠两者共同抵抗水平力。这种形式可以有效地减少柱的纵向弯矩，但要求楼面刚度大，否则柱子间的变形不协调，无法充分发挥柱间支撑的作用。

2、单层工业厂房应重点加强支撑体系的布置，柱间支撑及水平支撑协调设置，以保证厂房形成稳定体系，以最合理的路径传递内力。

柱间支撑布置时，应考虑厂房内部设备布置、物流及人流路径。

柱间支撑可根据厂房情况区分上柱支撑和下柱支撑，并可采取诸如交叉支撑、人字型支撑、门式支撑、双片支撑、单斜式支撑、纵向门式刚架等形式，有限传递内力。

屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置水平支撑；对于以下情况的工业厂房应设置纵向水平支撑：屋架间距不小于12m的厂房，抽柱厂房，厂房内设有A6、A7等工作制桥式吊车或吨位超过20T天车，屋面悬挂天车或有较大振动设备的情况。当厂房高低跨布置时，支撑布置应在不同屋面高度内形成封闭支撑体系。3、多层厂房因为工艺布置的要求，一般都需要大空间，结构通常采用框架结构，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。

三、总结随着社会生产水平的提高，钢材产量的增大及钢构生产工艺的完善，轻钢结构越来越多的应用于厂房、仓库等单层建筑屋面中。而轻钢结构屋面自重轻，强度高，节省结构材料，跨度大，塑性、韧性好，制造简便，施工周期短，安装方便等优点也充分体现出来。对于厂房、仓库等单层建筑来讲，屋面的工程造价占了相当一部分，因此，如何合理设计屋面钢结构，做到安全、经济，最大限度的节约钢材料是轻钢屋面设计需要注意的问题。

参考文献：[1]邢兰振.钢结构设计的探讨——以多层轻钢结构设计为例[J].现代装饰(理论).2012(07)[2]高江贞.浅谈轻钢结构厂房工程造价的管理控制[J].中国新技术新产品.2012(14)[3]管仲信.轻钢结构厂房设计与施工中的一些问题[J].建设监理.2012(02)[4]檀林明.轻钢结构厂房安装质量通病及防治措施[J].山西建筑.2012(25)