淺談工業廠房鋼與混凝土組合結構設計范文

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摘要:鋼與混凝土組合結構設計必須要考慮時間指標、性能指標以及經濟指標，實踐證明鋼與混凝土組合結構質量關系到廠房的整體質量，因此本文以某工業廠房設計為例，對優化鋼與混凝土組合結構設計策略進行分析，以此提出完善結構設計的具體對策。

關鍵詞:工業廠房；鋼混凝土；結構設計

鋼混凝土組合結構是由鋼梁和混凝土板通過栓釘組合起來的新型結構形式，是當前工業廠房建設所采取的主要結構形式之一。根據以往工作經驗，鋼筋混凝土結構在使用的過程中容易受到環境等方面影響而出現鋼筋銹漲開裂而導致的耐久性下降，影響廠房的使用壽命，造成安全事故，因此優化鋼與混凝土組合結構設計是提高廠房質量，提高其使用壽命的重要舉措。本文以某工業廠房建設為例，該工業廠房屬于水泥選粉機車間，車間框架結構上裝有多個電機，廠房噪音比較大，因此需要對鋼與混凝土組合結構進行優化設計，以此保證廠房的整體質量。

1某廠房使用鋼與混凝土組合結構的優勢

鋼與混凝土組合結構是當前我國建筑結構設計所采取的主要技術之一，由于該廠房框架上需要安裝多個電機，而且車間機械噪音比較大，形成的震動會對廠房的整體質量產生影響，根據以往的案例，此種作業模式對廠房的使用壽命會形成嚴重的影響，因此該廠房使用鋼與混凝土組合結構具有以下優勢:(1)起到很好的抗震效果，鋼與混凝土結構具有很好的延伸性和吸收性，在外界震動負荷力的作用下，通過鋼與混凝土組合的性能可以緩解震動隊廠房的影響，從而起到良好的抗震效果，更為重要的是通過此種結構設計能夠提高廠房的穩定性;(2)耐火性。工業廠房設計必須要考慮火災因素，由于鋼與混凝土結構中的混凝土具有較高的熱容量，因此一旦出現火災混凝土就能吸收這些熱量，從而降低因為火災而對廠房構成的影響;經濟性強。經濟性一方面體現在使用壽命上，另一方面體現在成本費用上。由于鋼與混凝土結構設計一定程度上減少了鋼筋的使用量，但是其整體質量卻沒有降低，反而增強了，因此準確的使用鋼與混凝土組合結構可以有效地為工業企業減少費用支出，延長了廠房的使用壽命。

2某廠房鋼與混凝土組合結構設計

該廠房鋼與混凝土組合結構主要包括:(1)橫向框架。橫向框架是整體廠房的主要承重結構體系，其需要承受各種外界負荷力的作用，保證廠房的整體結構穩定性，一般由柱、和屋架以及屋蓋橫梁等構成;(2)屋蓋結構，屋蓋結構主要是承擔屋蓋所帶來的負載，例如橫梁、托架等等;(3)支撐體系。支撐體系也是廠房的主要組成部分，其主要是防止廠房出現傾斜、垮塌等現象。因此該廠房的設計:

①荷載計算設計。由于該廠房的車間頂蓋采取的是鋼網架結構，安裝通風的天窗，因此需要對荷載進行計算，以此確定具體的施工方案。荷載系數取用荷載風壓的1.0，基本的風壓為0.62kN/m2。荷載計算:屋頂蓋部分:靜載有彩鋼和網架，是1.40kN/m2，活載為0.9kN/m2;吊車:最上層的吊車荷載主要對作用于柱上，其荷載為Rmax=4289kN，Rmin=2699kN，水平剎車力在97.9kN。第二層吊車的荷載為Rmax=1360kN，Rmin=965kN，水平剎車力在29.5kN。最低下層吊車荷載為Rmax=989.5kN，Rmin=356.7kN，水平剎車力在12.9kN;風荷載:基本的風壓主要作用于柱的頂部，對其柱頂的荷載力為375kN，基本風壓在0.62kN/m2，風荷載在兩邊的柱底壓力為17.2kN/m和9.98kN/m;

②設縫問題設計。按照相關規定規范，鋼筋混凝土現澆框架結構伸縮縫的最大間接為55m，鋼筋混凝土剪力墻結構伸縮縫的最大間距為45m，根據工程的實際情況考慮，本設計方案選擇不設縫的施工方案，但是由于混凝土存在收縮問題，因此在具體的結構設計時可以從廠房建筑的中部框架部位從基礎頂面至屋面設置10m寬的后澆帶。同時為了保證質量，還需要在鋼框架子結構和混凝土墻體之間進行連接構造，具體可以通過連梁采用剛性連接或鉸接。具體的施工策略為:調整結構施工順序，先澆筑混凝土簡體，然后安裝鋼框架;用剛性連接的鋼框架梁柱節點;調整鋼管柱的長度等方式進行;

③截面形式及計算。鋼管混凝土組合柱結構的截面形式有3種，一種是圓鋼管混凝土結構，一種是矩形鋼管混凝土姐歐股，還有一種是多邊形鋼管混凝土結構。在廠房建設中使用最廣泛的就是矩形和圓形鋼管混凝土組合柱。圓形鋼管混凝土組合柱的強度和抗壓性是最符合廠房建設的，所以在該廠房車間建設中使用的就是圓形鋼管混凝土組合柱。在對廠房的排架進行計算時，采用的設計福軟件是中國建筑學院編制的鋼結構STS軟件，這種軟件在計算鋼管混凝土組合柱的截面時是根據CECS28B90計算的;

④柱腳設計。柱腳的鋼管應該使用封板進行封閉，這樣能夠減少柱和接面的壓力。從本案例中來看，封板和柱腳相連接的地方有勁肋，這是為了更好地提高柱腳的受力。而且，廠房中鋼材混凝土組合柱的柱腳有兩個杯口插入，在杯口處灌入混凝土，這樣有利于提高整個柱的受力荷載;

⑤鋼與混凝土組合結構的防火設計。常用的防火措施種類比較多，一般就是將構件利用保護材料進行包裹，以此延續構建的升溫速度，為滅火提供時間。基于本工廠的工作環境，本次的設計具體選擇的是膨脹型防火涂料保護法，此種方法能夠消除傳統發生火災時產生的有毒氣體的弊端。具體的設計是選擇由有機樹脂、發泡劑以及碳化劑等構成的厚度在5mm左右的涂料，一旦發生火災時，該涂料就會膨脹，形成比原來還要厚幾十倍的多孔碳質層，阻擋外部對內包構件的傳熱，便構件的耐火極限可達(O．5～1.5)小時;

⑥剪力墻子結構體系延性設計。在鋼框架一混凝土剪力墻混合結掏體系中，由剪力墻和剪力墻組成的筒體承擔了85%以上的水平剪力，應保證混凝土墻體具有足夠的延性，因此在連接處設置型鋼柱，既能有效防止裂縫的出現或展開，又能方便鋼結構的安裝，減少鋼柱與混凝土墻體之間的豎向變形差異產生的不利影響。設計時應考慮框架具有一定的抗剪承載能力，其值不宜小于帶框墻總剪力的20%。同時剪力墻軸壓比應根據結構的抗震設防等級確定。該廠房設計剪力墻軸壓比控制值按規范要求應小于0.6，以保證其延性。

3工業廠房鋼與混凝土組合結構設計的保障

實現對工業廠房與混凝土組織結構設計的優化必須要做好以下工作:一是要把握基本的鋼與混凝土組合設計原則，通過設計保證廠房使用壽命，強化對廠房的質量控制以及達到最優化的經濟目標，也就是在設計的過程中要綜合考慮建筑項目的全壽命期的成本和效益問題。只有把握上述的基本原則才能保證設計的方案具有價值;二是提高工業設計人員的綜合素質，提高他們的設計理念更新。鋼與混凝土結構設計是新型的設計方案，也是當前工業設計較為常見的一種技術，因此需要設計人員要把握設計的關鍵問題，強化質量管理意識和安全意識;三是加強施工管理。保證施工工序嚴格按照設計的要求進行，以此保證工業廠房的質量。通過對該廠房鋼與混凝土結構的性能檢測，通過設計提高了結構剛度，達到了良好的抗震效果，優化了建筑布局和空間的使用，更為重要是將降低了造價，提高了工廠的經濟效益，提升了工廠廠房的使用壽命。

參考文獻

［1］鄭友柴．管混凝土組合柱在重鋼結構工業廠房工程中的應用［J］．中國建筑金屬結構，2013(22)．

［2］張兵兵．工業廠房鋼筋混凝土框架結構設計分析［J］．建材與裝飾，2017(04)．

作者：韓鳳朝 單位：河北英科石化工程有限公司