廠房鋼結構工程是一項系統性工作,需綜合考慮結構安全、功能需求、經濟性、環境適應性等多維度因素,確保建筑既滿足生產使用要求,又具備穩定性和耐久性。
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一、基礎條件與環境因素
地質與地形條件
需通過地質勘察明確土壤承載力、地下水位、是否存在軟土地基或斷層等,以此確定基礎類型(如樁基、獨立基礎、條形基礎)。例如,軟土地基需采用樁基減少沉降,而堅硬巖層地基可簡化基礎設計。
地形坡度較大時,需考慮場地平整方案或采用階梯式鋼結構布局,避免額外土方成本。
氣候與自然荷載
風荷載:根據廠房所在地區的基本風壓(如沿海地區風荷載大),設計抗風柱、屋面支撐,避免結構在強風下變形或傾覆。
雪荷載:北方地區需計算屋面雪荷載,確保檁條、鋼梁強度足夠,必要時設計屋面融雪系統。
地震荷載:地震烈度較高區域(如地震帶),需優化梁柱節點連接(如采用剛性節點或半剛性節點),提高結構延性,減少地震破壞。
溫度影響:大跨度廠房需考慮溫度應力(如夏季高溫膨脹、冬季低溫收縮),設置伸縮縫或滑動支座釋放應力。
二、功能需求與生產工藝
廠房用途與荷載要求
明確廠房類型(如機械加工車間、倉儲車間、化工廠房),確定是否有吊車(橋式吊車、門式吊車)、重型設備,需計算恒荷載(結構自重、屋面墻面材料)和活荷載(設備重量、人員貨物)。例如,吊車噸位直接影響鋼柱、吊車梁的截面尺寸和強度設計。
若需懸掛起重設備或管道,需在鋼梁上預留吊點,保證荷載分布均勻。
空間布局與跨度高度
跨度:根據生產線、設備擺放或倉儲需求確定,常見跨度 15-30 米,大跨度廠房(如 40 米以上)需采用桁架或門式剛架結構,平衡強度與經濟性。
柱距:通常 6-12 米,柱距越大,鋼梁截面越大,需結合材料成本選擇最優方案。
高度:考慮設備高度、行車軌頂高、人員操作空間及通風采光,一般檐口高度 6-10 米,特殊行業(如航空航天車間)需更高空間。
特殊工藝要求
潔凈車間:電子、醫藥廠房需密封防塵,墻面屋面采用彩鋼板夾芯板,減少縫隙,鋼結構表面需防腐處理避免粉塵脫落。
防爆防腐:化工、危險品廠房需采用抗爆鋼結構(如防爆墻、泄爆屋面),鋼材表面涂覆耐酸堿涂層,避免腐蝕。
通風散熱:高溫車間(如冶金、鑄造)需設計通風天窗、側窗,或在屋面預留風機安裝位置,鋼結構需耐高溫處理。
三、結構設計與材料選擇
結構形式選型
門式剛架:適用于輕型廠房(跨度 12-30 米,檐高 4-8 米),自重輕、施工快,經濟性好。
排架結構:適用于有吊車的中型廠房,由屋架、鋼柱、基礎組成,承載能力強,適合荷載較大的場景。
網架 / 桁架結構:大跨度廠房(如會展中心、物流倉庫)采用,自重輕、跨度大,受力均勻。
材料選擇
鋼材型號:主結構(鋼柱、鋼梁)常用 Q355B(低合金高強度鋼,強度高、韌性好),次要構件(檁條、支撐)可用 Q235B(碳素結構鋼,成本較低)。
連接材料:高強螺栓(8.8 級、10.9 級)用于重要節點連接,焊接材料需與鋼材匹配(如 Q355 鋼用 E50 系列焊條)。
四、安全與耐久性設計
防火設計
根據建筑耐火等級(廠房通常二級,耐火極限 1-2 小時),采用防火涂料(厚型涂料用于柱、薄型用于梁)、防火板包裹或水噴淋系統,保證火災時鋼結構不失穩。
防腐設計
環境潮濕、沿海或化工區,需對鋼材進行除銹(噴砂除銹達 Sa2.5 級)、涂漆(底漆 + 中間漆 + 面漆,總厚度≥120μm),或采用熱浸鋅處理(鋅層厚度≥85μm),延長使用壽命(一般要求 20 年以上)。
抗震與穩定性
通過支撐系統(水平支撐、垂直支撐、隅撐)增強整體剛度,避免結構在荷載下發生側向位移或失穩。
柱腳連接方式(剛接或鉸接)需結合抗震需求,剛接柱腳抗側移能力強,適合地震區。
五、經濟性與施工可行性
成本控制
在滿足安全的前提下,優化鋼材用量(如采用 H 型鋼代替熱軋型鋼,減少焊接量),選擇本地材料降低運輸成本。
預制構件標準化生產(如鋼柱、鋼梁工廠加工),減少現場施工時間,降低人工成本。
施工條件
考慮場地吊裝設備(如汽車吊、履帶吊)的作業空間,確定構件分段長度(避免超長運輸困難)。
雨季、冬季施工需制定防護措施(如焊接預熱、基礎混凝土防凍),保證施工質量。