轻钢结构门式钢架在工业厂房中的应用

轻钢结构门式钢架在工业厂房中的应用

近年来，随着科学技术的进步，新材料的应用越来越广泛，轻钢结构也越来越普遍。特别是，轻门式钢架结构在单个工业设备中得到了广泛应用。这种轻钢结构倍受青睐,在某些方面基本取代了钢筋混凝土排架结构。门式钢架从设计、制作、拼装均已形成一体化。通过这几年的工程实践,证明门式钢架具有很大的优势,具有广阔的发展前景,探讨门式钢架在单层工业厂房具有重要的意义和价值。一、门型钢框架的特点1、钢结构超高层结构建筑钢材强度高,塑性及韧性好,其密度与强度的比值远小于混凝土、砖石和木材,在同样受力情况下钢结构自重轻,能适用于跨度大、高度高和承载重的结构,满足某些高大工业厂房的要求,现在人类已具有建造跨度超过1000m的超大跨度结构和高度4000m的超高层建筑的能力。比如青海西宁已建成跨度54m、高度21m的门式钢架厂房。2、现场施工进度钢结构制作简便,因门式钢架的梁、柱等基本构件均在加工厂定型制作,在现场按要求拼装而成,加快了施工进度,建设周期缩短,比钢筋混凝土排架结构工期至少缩短60%以上,对于一般规模较小的工业厂房门式钢架仅需50天至2个月,而采用钢筋混凝土排架结构,则需10~12个月。3、钢结构表面防腐涂料未涂装的钢材长期暴露在外,在自然环境的侵蚀下会锈蚀,导致其自身承载能力下降,使用寿命缩短。因此在设计和施工中要解决钢结构涂装的问题,可以在其表面涂敷防腐涂料,使其在钢材表面结成一层薄膜来保护钢结构。目前的主要做法是先刷红丹防锈底漆两度,钢结构安装调整后再刷面漆两度。4、防高温燃烧时,、400钢结构具有独特的优越性,钢材虽非燃烧材料,却易导热,其耐火极限仅为15~20分钟。未加防火保护的钢结构,当温度达到350℃、500℃、600℃时,其强度分别降低1/3、1/2、2/3,当结构温度达到600℃以上时,将完全丧失承载能力,最典型的例子莫过于2001年的美国纽约世界贸易大厦遭袭击后引起高温燃烧,两幢420m高的钢结构大楼轰然倒塌。现阶段主要从防火设计和对结构的防火保护措施两方面入手,可在柱、梁表面覆盖以1.5cm厚的LG防火隔热涂料或2cm厚的LY防火隔热涂料保护层,其耐火时间可达1.5~2.3小时,满足规范要求。二、门台式钢架的设计1、钢结构设计规范和技术轻钢结构门式钢架是主要的承重结构,一般是采用实腹型、变截面的柱和梁组成。门式钢架的形成可以单坡、双坡和多坡,多跨建筑的中间柱多采用较接的摇摆柱。门式钢架工字截面钢构件中腹板以受剪为主,抗弯作用不如翼缘有效,增大腹板的高度,可使翼缘抗弯能力发挥得更为充分。门式钢架设计的主要依据为《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001),《钢结构设计规范》(GB50017—2003),《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018—2002)《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102—2002),永久荷载和活荷载以及荷载分项系数严格按规范采用,按最不利情况进行组合计算,不能任意降低。有些单位不切实际,为了充分挖掘潜力,节省投资,把钢架梁设计得很细,檩条比按软件计算和构造要求选用还要小,如屋面坡度为0.1,檩条跨度为6m,恒载0.2KN/mm2,活载0.5KN/mm2,风载0.35KN/mm2,3D3S软件设计选用檩条为C160×60×20×2.5,面实际檩条为C140×60×20×2.0或更小。有的骨架立起来摇摇晃晃,没有支撑,遇到大雪很可能出现质量事故和安全问题。比如青海通化机械公司的厂房钢结构屋面安装完成后,未投入使用,屋面便垮塌,十余人受伤,在社会引起不良影响。先进的设计方法是采用高而薄的腹板。在主要为均布荷载起控制作用的结构中,在允许冲击、疲劳、振动等荷载的条件下,可充分利用结构受力板件的屈曲有效截面来分析压弯杆件腹板的稳定性,从而使其腹极高厚比限值可以大幅度提高。2、材料跨国2m门式钢架的柱距和跨度主要根据生产工艺流程和建筑要求确定,钢架柱距宜为6m、7.5m、9m,最大可采用12m,跨度宜为15~36m。经过大量实际工程测算发现,随着柱距和跨度的增加,主钢架用钢量在逐渐下降,但当柱距和跨度增加一定程度后,主钢架及次结构用钢又逐渐上升,考虑到吊车梁,檩条与次结构,一般情况下柱距采用6~7.5m之间比较合适,跨度可根据工艺要求确定,不宜盲目追求大柱距、大跨度的厂房。三、门台式钢架的总经济效益1、保温、采暖、可扩充材料因为钢结构厂房本身自重比较轻,不需要做强度、刚度太大的基础,降低了基础造价,可节省投资。由于采用了色彩鲜艳的彩色压型钢板,美观大方,可改善周边环境。采用聚苯乙烯泡沫夹心板等保温材料后,使保温、隔热、隔音等效果良好。更由于制作安装一体化,使项目施工周期缩短,可以提前投入使用,提前获得投资效益。根据目前市场上的价格,带有吊车的门式钢架厂房单方造价在550~630元/m2左右,而同条件下的钢筋混凝土排架结构可达1230~1330元/m2左右,钢结构的造价已经远低于钢筋混凝土结构,当跨度越大时,其优势更加明显。2、全寿命周期成本最优一项工程应该以全寿命周期成本为控制对象,通过一定的技术和方法对工程项目的设计、开发、建造、使用、维修、报废、回收利用各阶段发生的所有费用进行分析,实现工程项目全寿命周期成本最优,而钢材是一种高强度高效能的材料,是一种绿色环保建筑材料,可回收循环利用。门式钢架维护墙体面积小,耐久性也好,可节约运营的能源,而且维护维修方便,减少了使用阶段的维护费用,整体经济效益好。政府大力扶持轻钢建筑在一些发达国家已被广泛应用于工厂、仓库等建筑。当前我国钢结构发展形势很好,