浅谈工业厂房钢与混凝土组合结构设计范文

摘要:钢与混凝土组合结构设计必须要考虑时间指标、性能指标以及经济指标，实践证明钢与混凝土组合结构质量关系到厂房的整体质量，因此本文以某工业厂房设计为例，对优化钢与混凝土组合结构设计策略进行分析，以此提出完善结构设计的具体对策。

关键词:工业厂房；钢混凝土；结构设计

钢混凝土组合结构是由钢梁和混凝土板通过栓钉组合起来的新型结构形式，是当前工业厂房建设所采取的主要结构形式之一。根据以往工作经验，钢筋混凝土结构在使用的过程中容易受到环境等方面影响而出现钢筋锈涨开裂而导致的耐久性下降，影响厂房的使用寿命，造成安全事故，因此优化钢与混凝土组合结构设计是提高厂房质量，提高其使用寿命的重要举措。本文以某工业厂房建设为例，该工业厂房属于水泥选粉机车间，车间框架结构上装有多个电机，厂房噪音比较大，因此需要对钢与混凝土组合结构进行优化设计，以此保证厂房的整体质量。

1某厂房使用钢与混凝土组合结构的优势

钢与混凝土组合结构是当前我国建筑结构设计所采取的主要技术之一，由于该厂房框架上需要安装多个电机，而且车间机械噪音比较大，形成的震动会对厂房的整体质量产生影响，根据以往的案例，此种作业模式对厂房的使用寿命会形成严重的影响，因此该厂房使用钢与混凝土组合结构具有以下优势:(1)起到很好的抗震效果，钢与混凝土结构具有很好的延伸性和吸收性，在外界震动负荷力的作用下，通过钢与混凝土组合的性能可以缓解震动队厂房的影响，从而起到良好的抗震效果，更为重要的是通过此种结构设计能够提高厂房的稳定性;(2)耐火性。工业厂房设计必须要考虑火灾因素，由于钢与混凝土结构中的混凝土具有较高的热容量，因此一旦出现火灾混凝土就能吸收这些热量，从而降低因为火灾而对厂房构成的影响;经济性强。经济性一方面体现在使用寿命上，另一方面体现在成本费用上。由于钢与混凝土结构设计一定程度上减少了钢筋的使用量，但是其整体质量却没有降低，反而增强了，因此准确的使用钢与混凝土组合结构可以有效地为工业企业减少费用支出，延长了厂房的使用寿命。

2某厂房钢与混凝土组合结构设计

该厂房钢与混凝土组合结构主要包括:(1)横向框架。横向框架是整体厂房的主要承重结构体系，其需要承受各种外界负荷力的作用，保证厂房的整体结构稳定性，一般由柱、和屋架以及屋盖横梁等构成;(2)屋盖结构，屋盖结构主要是承担屋盖所带来的负载，例如横梁、托架等等;(3)支撑体系。支撑体系也是厂房的主要组成部分，其主要是防止厂房出现倾斜、垮塌等现象。因此该厂房的设计:

①荷载计算设计。由于该厂房的车间顶盖采取的是钢网架结构，安装通风的天窗，因此需要对荷载进行计算，以此确定具体的施工方案。荷载系数取用荷载风压的1.0，基本的风压为0.62kN/m2。荷载计算:屋顶盖部分:静载有彩钢和网架，是1.40kN/m2，活载为0.9kN/m2;吊车:最上层的吊车荷载主要对作用于柱上，其荷载为Rmax=4289kN，Rmin=2699kN，水平刹车力在97.9kN。第二层吊车的荷载为Rmax=1360kN，Rmin=965kN，水平刹车力在29.5kN。最低下层吊车荷载为Rmax=989.5kN，Rmin=356.7kN，水平刹车力在12.9kN;风荷载:基本的风压主要作用于柱的顶部，对其柱顶的荷载力为375kN，基本风压在0.62kN/m2，风荷载在两边的柱底压力为17.2kN/m和9.98kN/m;

②设缝问题设计。按照相关规定规范，钢筋混凝土现浇框架结构伸缩缝的最大间接为55m，钢筋混凝土剪力墙结构伸缩缝的最大间距为45m，根据工程的实际情况考虑，本设计方案选择不设缝的施工方案，但是由于混凝土存在收缩问题，因此在具体的结构设计时可以从厂房建筑的中部框架部位从基础顶面至屋面设置10m宽的后浇带。同时为了保证质量，还需要在钢框架子结构和混凝土墙体之间进行连接构造，具体可以通过连梁采用刚性连接或铰接。具体的施工策略为:调整结构施工顺序，先浇筑混凝土简体，然后安装钢框架;用刚性连接的钢框架梁柱节点;调整钢管柱的长度等方式进行;

③截面形式及计算。钢管混凝土组合柱结构的截面形式有3种，一种是圆钢管混凝土结构，一种是矩形钢管混凝土姐欧股，还有一种是多边形钢管混凝土结构。在厂房建设中使用最广泛的就是矩形和圆形钢管混凝土组合柱。圆形钢管混凝土组合柱的强度和抗压性是最符合厂房建设的，所以在该厂房车间建设中使用的就是圆形钢管混凝土组合柱。在对厂房的排架进行计算时，采用的设计福软件是中国建筑学院编制的钢结构STS软件，这种软件在计算钢管混凝土组合柱的截面时是根据CECS28B90计算的;

④柱脚设计。柱脚的钢管应该使用封板进行封闭，这样能够减少柱和接面的压力。从本案例中来看，封板和柱脚相连接的地方有劲肋，这是为了更好地提高柱脚的受力。而且，厂房中钢材混凝土组合柱的柱脚有两个杯口插入，在杯口处灌入混凝土，这样有利于提高整个柱的受力荷载;

⑤钢与混凝土组合结构的防火设计。常用的防火措施种类比较多，一般就是将构件利用保护材料进行包裹，以此延续构建的升温速度，为灭火提供时间。基于本工厂的工作环境，本次的设计具体选择的是膨胀型防火涂料保护法，此种方法能够消除传统发生火灾时产生的有毒气体的弊端。具体的设计是选择由有机树脂、发泡剂以及碳化剂等构成的厚度在5mm左右的涂料，一旦发生火灾时，该涂料就会膨胀，形成比原来还要厚几十倍的多孔碳质层，阻挡外部对内包构件的传热，便构件的耐火极限可达(O．5～1.5)小时;

⑥剪力墙子结构体系延性设计。在钢框架一混凝土剪力墙混合结掏体系中，由剪力墙和剪力墙组成的筒体承担了85%以上的水平剪力，应保证混凝土墙体具有足够的延性，因此在连接处设置型钢柱，既能有效防止裂缝的出现或展开，又能方便钢结构的安装，减少钢柱与混凝土墙体之间的竖向变形差异产生的不利影响。设计时应考虑框架具有一定的抗剪承载能力，其值不宜小于带框墙总剪力的20%。同时剪力墙轴压比应根据结构的抗震设防等级确定。该厂房设计剪力墙轴压比控制值按规范要求应小于0.6，以保证其延性。

3工业厂房钢与混凝土组合结构设计的保障

实现对工业厂房与混凝土组织结构设计的优化必须要做好以下工作:一是要把握基本的钢与混凝土组合设计原则，通过设计保证厂房使用寿命，强化对厂房的质量控制以及达到最优化的经济目标，也就是在设计的过程中要综合考虑建筑项目的全寿命期的成本和效益问题。只有把握上述的基本原则才能保证设计的方案具有价值;二是提高工业设计人员的综合素质，提高他们的设计理念更新。钢与混凝土结构设计是新型的设计方案，也是当前工业设计较为常见的一种技术，因此需要设计人员要把握设计的关键问题，强化质量管理意识和安全意识;三是加强施工管理。保证施工工序严格按照设计的要求进行，以此保证工业厂房的质量。通过对该厂房钢与混凝土结构的性能检测，通过设计提高了结构刚度，达到了良好的抗震效果，优化了建筑布局和空间的使用，更为重要是将降低了造价，提高了工厂的经济效益，提升了工厂厂房的使用寿命。

参考文献

［1］郑友柴．管混凝土组合柱在重钢结构工业厂房工程中的应用［J］．中国建筑金属结构，2013(22)．

［2］张兵兵．工业厂房钢筋混凝土框架结构设计分析［J］．建材与装饰，2017(04)．

作者：韩凤朝 单位：河北英科石化工程有限公司