关键词：电厂；大跨度；钢结构设计；探讨
中图分类号：S611文献标识码：A
1工程特点
某电厂工程的四层钢结构厂房，柱网为12m×8.3m，层高7m，结构空旷，基本无隔墙，楼面开孔很多，部分楼层没有铺板，为全房间洞口，楼面活荷载8.0kPa，部分楼面还需考虑检修设备的堆载。在二层楼面上布置了几台大型设备，比较重，其余楼面上也有很多中小型设备，设备间以管道连接。整个厂房内设备和管道数量众多，楼面上需预留的孔洞相当多，给楼层平面布置造成了很多困难。该电厂厂房柱子的竖向荷载较大，最大的达到3500kN，柱子全部采用焊接H型钢制作，框架梁与次梁大部分采用轧制H型钢，仅二层支撑大型设备的几根框架梁采用焊接H型钢制作。楼面采用在压型钢板上浇筑混凝土形成的组合楼板。
2设计中的几个问题
2.1大型设备的布置
厂房内大型设备的布置对确定柱网起着决定性的作用，同时也限制了支承梁的翼缘宽度。由于大型设备荷载大，重心高，而支撑点接近设备的底部，位于二层楼面，地震时会产生很大的倾覆力矩，对支承梁的受力非常不利。因此需要在设备的设置四根柱子，让四根柱子的中心线与设备的中心线重合，并尽量使支承梁与柱子直接连接成框架。这样布置传力直接，对于承受竖向荷载也非常有利。另外，在输入设备的荷载时，应该考虑由于地震产生的倾覆力矩而增加的荷载。这部分荷载是计算机程序无法考虑的，需要人工加以干预。其他中小型设备也影响着结构布置，必须全面加以考虑。总之，在设计初期应该同工艺设备专业密切配合把柱网确定好。必要时请工艺专业适当调整设备的位置，以满足结构布置的需要。
2.2结构类型的选择
对于钢结构厂房，通常采用的结构形式有三种。第一种为框架-支撑体系。即横向设计成刚接框架，柱子与框架梁为刚接；纵向设计成柱-支撑体系，柱子与框架梁为铰接，用柱间支撑抵抗水平荷载。这种结构形式特别适用于纵向较长，横向较短的厂房，经济，省钢材。缺点是柱间支撑可能会影响使用。第二种为纯框架体系。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，缺点是不宜采用工字型截面柱，宜采用两个方向惯性矩差别不大的截面形式，例如圆形或口形，这种柱子用钢量大且制作困难。第三种结构形式为钢架加支撑的混合体系，在厂房中用的也较多。它综合了前两种结构型式
的优点，把纵向设计成钢架和支撑混合的型式，仅在厂房外侧设置柱间支撑，靠两者共同抵抗水平力。由于柱间支撑抵抗水平力的效果很好，减少了柱子的纵向弯矩，可采用工字型截面柱，但截面宽度较大。采用这种结构型式，需要有较大的楼层刚度，最好是采用钢筋混凝土楼面，以保证整体空间刚度，否则柱子间的变形不协调，无法充分发挥柱间支撑的作用。本厂房就采用了第三种结构型式，即钢架加支撑的混合体系，为了增加楼层刚度，在厂房的每个楼层内均因地制宜地设置了横向和纵向的水平支撑。
2.3组合楼板对次梁的影响
楼层平面梁格的布置主要受设备影响，并受到组合板跨高比限制，以防止板挠度过大而影响正常使用，让人产生不安全感。在考虑组合楼板对于梁的作用时，按《钢结构设计规范》有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连、能阻止梁受压翼缘的侧向位移时，可不计算梁的整体稳定。
2.4结构内力分析的注意事项
由于计算机技术在工程设计领域的应用，设计手段已经发生了天翻地覆的变化，应力分析的准确性大大提高了，绘制施工图的工作量大大降低了，设计人员可以把大部分的精力投入到制定方案和受力分析中，使设计出的构件经济合理。在设计该厂房时，采用了钢结构设计软件STS，配合SATWE程序，完成建立结构模型，输入荷载到空间整体受力分析和杆件截面验算。①在内力分析时主要注意以下几点：网格生成平面简化。由于厂房的梁格布置复杂，在应用软件时完全按实际情况建立模型会产生大量的近节点，对分析结果不利。需要采用一些简化手段，但是不能与实际出入太大，否则就失去了计算的价值。②利用柱间支撑简化立面网格。对于柱间支撑的作用，不能简单地看成是一种构造措施，必须把它作为一种受力杆件输入到结构模型中。因为支撑的刚度直接影响着厂房纵向的周期和水平位移，即它对厂房纵向抗侧移刚度的影响很大。柱间支撑对其两侧的柱脚会产生不利影响，在某些荷载组合中，柱脚锚栓会出现上拔力，柱脚剪力也比其他柱脚增加很多。③柱间支撑杆件模型的确定。厂房的柱间支撑多采用剪刀撑。可以设计成拉杆，也可以设计成压杆，根据需要选择。按拉杆设计时程序会给出强度验算不足的提示，这是由于程序无法把支撑处理成单拉杆所致。但是不会产生影响到结构空间受力分析的结果。设计者应该根据杆件的拉力用笔算的方法验算杆件强度，如果柱间支撑设计成压杆，可直接利用程序的验算结果。④弹性楼板模型的确定。程序SATWE采用了更为先进的算法，可以在楼层约束作用不大的情况采用弹性楼板加以处理。本工程设计中由于楼层内设置了水平支撑，可以近似地采用楼层水平刚度无限大的假设，也可采用弹性楼板的处理方法，从程序计算的结果来看二者差别不大，说明楼层内水平支撑的效果较好，可以协调柱的变形。
2.5节点设计
节点设计的原则首先是安全，其次是经济，并且应该与施工安装水平相一致。在厂房中最重要的节点是框架梁与柱的连接节点。按连接的转动刚度和连接构造之间的关系划分为刚性连接，柔性连接和半刚性连接。目前用的最多的节点是刚性连接和柔性连接，半刚性连接使用的较少。对于节点的安全性，通常包含强度和延性两个方面。延性好的节点在地震作用下的变形能力强，不会发生脆性破坏，是一种理想的节点形式。半刚性连接节点，尚没有适当的计算模型，应用受到了限制。柔性连接能传递轴力、剪力和很小的弯矩，可以近似看成是铰接。刚性连接节点大体上有三种类型：全焊接连接、栓焊混合连接和全螺栓连接。全焊接连接的节点，梁的翼缘和腹板全部采用焊缝连接在柱子上。通常情况下，翼缘须采用开剖口的熔透焊缝连接，腹板可以采用开剖口的熔透焊缝，也可以采用角焊缝连接。这种节点的优点是强度高，节省材料，成本低，缺点是现场焊接量大，高空施焊条件不好时对质量影响较大；栓焊混合连接节点的翼缘采用熔透焊缝连接，腹板采用高强螺栓连接。这种节点与全焊接节点的特性相似，缺点是前期制作量较大，用的材料较多，成本较高；全螺栓连接节点，梁的翼缘和腹板全部采用高强螺栓连接。这种节点延性好，适合化生产，现场焊接少，缺点是成本高，前期制作量大。目前这种节点在框架中用的不多。
2.6应用轧制H型钢的注意事项
应用轧制H型钢，可以大大减轻构件制作的工作量，加快了施工进度。但是它也有其不利的一面。首先我国的轧制H型钢板件厚度比较薄，不适合做厂房的柱子因为厂房柱子轴力大，往往需要翼缘和腹板有较大的厚度，而截面尺寸不能过大；另外，轧制H型钢的拼接为全截面拼接，存在不安全因素，受工期限制，不可能都采用定尺型钢，造成材料利用率不高，接头数量多，并且需要严格控制拼接的位置。
参考文献：
关键词：钢结构厂房，结构设计。
Abstract:inrecentyears,China'sengineeringdesigntechnologyhasachievedremarkableresults,hadtheverybigenhancement.Amongthesteelstructureworkshopdesignismadeamajorbreakthrough,betterandbetter.Asthesteelstructureofthestableperformanceisgood,constructionisconvenient,theadvantageofhighcompressivestrength,moreandmoregetthetrustofenterprisesandcompanies,iswidelyused.Thisismainlydiscussescomplexsteelstructureplantstructuredesign,thedesignofsomeofthegeneralrequirementsandproblemsofsimpleanalysisanddiscussion.Soastoprovidetherelevantpersonnelmaterial.
Keywords:steelstructureworkshop,thestructuredesign.
中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：
1.钢结构厂房的结构
钢结构的厂房一般有屋顶结构、支撑柱、吊车梁以及各种支撑结构和墙架结构组成，大体可分为五个部分屋顶结构、横向框架、吊车梁和制动梁、墙架、支撑体系。结构设计的一般经历（1）结构方案的布置；（2）结构载荷的计算；（3）钢结构的内力分析；（4）构件的设计；（5）施工图的形成。
1.1结构形式
门式刚架、排架、刚接框架是钢结构厂房的主要结构形式主。门式刚架通常适用于跨度9～36m、柱距6m、柱高4.5～12m、设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑，设置桥式吊车时，宜为起重量不大于20t的中、轻级工作制吊车;设置悬挂吊车时，起重量不宜大于3t;对厂房较高(H＞18m)时单跨(多跨)，吊车起重量较大(Q＞50t)硬钩吊车的重型厂房，为保证厂房横向刚度要求，宜采用刚接框架形式;其他的结构可采用排架结构形式。排架柱在基础处通常做成固定端，柱顶与屋架或横梁的连接可以做成铰接，也可以做成刚接。柱的上下两端均为刚接的排架，可以增加刚度和节约钢材。通常在采用重型屋盖的刚接排架中，为了减少柱上端的弯矩，可以在屋盖结构安装完毕后再将柱顶刚接，以减少由屋盖静荷载所产生的柱顶固定端弯矩。
1.2柱间支撑的布置
柱间支撑的布置:有吊车时，应在厂房单元中部设置上、下柱间支撑，并应在厂房单元两端增设上段柱柱间支撑;抗震设防烈度为7度时结构单元长度大于120m，8、9度时结构单元长度大于90m，宜在单元中部1/3区段内设置上、下段柱间支撑。根据工程的特点，柱间支撑选择在厂房单元两端设上段柱柱间支撑，在厂房单元中部设置上、下柱间支撑。
1.3刚接柱脚形式的确定
钢结构柱脚按结构内力划分，可分为铰接柱脚和刚性固定柱脚两大类。铰接柱脚仅传递竖向荷载和水平荷载。刚性固定柱脚，除了传递竖向荷载和水平荷载外，还要传递弯矩，计算和构造较复杂。刚性固定柱脚按其构造形式可分为三种形式:露出式柱脚，埋入式或插入式柱脚，以及外包式柱脚。
2.钢柱钢材的用及要求
钢架结构中的一重要角色就是钢材，它对厂房的稳固、安全起着至关重要的作用，如果钢材选用不当，有可能造成厂房倒塌，对企业的造成巨大的经济损失。因此，对钢材要严格选用和合理配置。为了保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。一般可选用的钢材有:Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢。在钢结构设计中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号(或钢号)和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的要求。另外还应注明对有害元素的限值及对钢材塑性、韧性的要求，主要是对硫(S)、磷(P)含量的限值，S会增加钢材的热脆性，P会增加钢材的冷脆性，最后对碳(C)的含量也应有限值，虽然增加C含量会提高钢材的强度，但是会降低钢材的塑性及可焊性。对焊接结构及非焊接结构限制采用Q235沸腾钢须注明。虽然现在随着炼钢技术的改进，沸腾钢在市场上已经很少遇到，但是一些小钢厂还会生产沸腾钢，所以对不能用沸腾钢的结构须明确指出。对钢材强度及塑性、韧性的要求。钢材的抗拉强度是钢材受力破坏时所能达到的强度值，屈服强度是设计时我们取用的强度值，抗拉强度至少大于屈服强度20%，作为结构的安全储备。伸长率的要求是对钢材塑性的要求，是为了保证结构的塑性设计而提出的要求。冷弯试验的合格保证及对冲击韧性的要求是为了防止结构发生脆性破坏而提出的，须严格执行。设计中须明确规定对需要验算疲劳的焊接、非焊接结构钢材冲击韧性的合格保证。
3.结构设计应注意的问题
关键词：钢构件的选择；厂房的抗腐设计；表层建筑材料的保护
中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：
一、强化防腐设计的必要性
自改革开放以来，经济的发展使得各种企业大规模扩建。作为煤炭地面生产系统的厂房，减少其建设周期成了主要工作责任。相对旧时代的钢筋混凝土结构厂房，现如今的钢结构厂房成了发展潜力最大的建筑结构设计。经过多方面的调查，我们知道：生产环境差导致两年内厂房的钢构件表面会有不同程度的腐锈现象，并有厂房的工作人员称，要使整个生产线能正常的运行，每隔两年就有固定的工作人员为厂房来一次大型的防腐维修，且维护费用会高达三十至五十万元。而我们的责任就在于，在企业还处于设计阶段时，为企业的工作人员减轻负担、为企业的支出减少经济负担，使钢结构的厂房能更安全的运行。
二、选煤厂钢结构厂房防腐性分类
属于选煤厂的钢结构厂房主要包括：主厂房、介质库、材料库和棚、具有连接性的栈桥钢结构（包括钢桁架和钢支架）。
2.1按原则做好防腐的设计
主要结合厂房所在的环境再依据易被腐蚀的介质会对生产厂房产生的各种作用条件来设计。
2.2腐蚀性程度划分
弱等腐蚀包括：机修的车间、库钢桁架和钢支架材料；中等腐蚀包括：主厂房、介质库的室内和压虑车间。在众多结构中，主厂房的湿度更大，就需要更强的室内抗腐措施来提高它的耐腐性的能力。[1]
2.3抗腐特性和类别
选煤厂又被称为洗煤厂，其特点在于，使用了重介选煤工艺。例如天津某县市，其年平均相对湿度保持在52%到68%之间。而它所持有的生产环境腐蚀特性为：①长期处于相对潮湿的环境，相比于其他结构，主厂房的湿度要大于75%。②在其生产过程中产生少许废弃的弱酸盐性液体。依据厂房所在的环境，会对建材有所腐蚀的特性来看，作为建材的钢筋混凝土和普通碳素钢的抗腐特性需认定为中等腐蚀（使操作简便，在此次调查中各构件表层仅做了相较简单的抗腐处理来防护）。
三、选煤厂钢结构厂房在腐蚀环境下的结构选型及结构设计
具有钢结构的厂房结构类型选择的标准，要符合以下几点：有效地阻止有腐蚀介质的物质在构件表面层凝聚、有利于防护层的设计、维修以及保护。整体厂房的设计和构造让自身的抗腐能力提高，并注意运用塑性内力重分布的分析方法来分析具有超静定结构构件的内力。
3.1结构的类型选择
钢排架抑或门式钢架使用于机修车间，介质、材料库和材料棚；钢框架使用于压虑车间；钢网架使用于浓缩车间的屋盖；主厂房均可使用钢框架、钢网架；大跨度的栈桥可使用钢桁架和钢支架。
3.2针对承重构件的钢结构选择
以经济合理、安全适用为原则所设计的承重构件需要采用普通碳素钢，而对于相对重要的受力构件（如框架、支架、楼面等）需使用格构式和冷弯薄壁型钢。
（1）主要受力构件的截面选择。钢结构组合构件的材料使用实腹式型钢，有竖向称重构件的框架和支架柱则需使用热轧H型钢。在将工字钢截面柱焊接时应注意两面都要进行焊接。楼面的梁柱有两种钢的选择。而具有支撑作用的支架使用普通型的热轧双脚钢的T状截面即可。[2]
（2）具有钢结构的主材截面的选择要求。具有钢结构的杆件，其截面的厚度是≥6mm，与角钢的截面厚度相同。网架结构的连接方式是螺栓球式。为确保其严密性，杆件和螺栓球之间必须用密封材料，且剩下的孔应该全部密封。桁架、柱、主梁等相对重要的杆件也应连续不断的焊缝，注意角焊缝的高要大于等于8mm，并在杆件的厚度小于8mm时，焊角的大小也不能小于杆件厚度。加筋肋应该有一个切角，排水和施工对其尺寸需要求严格。
（3）具有钢结构的连接件的选择要求。连接整个框架的构件（包括焊条、垫圈等）不能小于主体构架的材料。相当于都要进行热镀浸锌的保护。加上这样一个要求严格的步骤之后才能进行下一步的防护措施。
（4）确定正确的柱脚位置。一般柱脚的确定是基于混凝土，最基本的顶面要大于等于地面300mm。钢柱的抗腐蚀能力是主厂房首要考虑的问题之一，除却在表面层做处理，还应使用相对较厚的树脂抑或混凝土将其涂满。
（5）整体厂房的维修以及保护。屋面与外墙体均要使用轻型天蓝色的彩钢板，具有保温效果。因屋面需设计采光带，则要求厚度大于等于0.6mm，且具有保温效果的岩棉板的重量大于等于18kg/m3，而外墙体所需的厚度比屋面小0.1mm。屋内的墙架需使用槽钢，檩条只需轻薄型的冷弯薄壁型钢材。为防腐蚀，表面要与彩钢板的镀锌量相同，均大于等于220g/m2。
四、选煤厂钢构件的防腐蚀
对建筑构件的防腐处理需综合各方面条件。对于防腐蚀方面：腐蚀性会划分等级、作用状况，抗腐蚀的防护层及其使用期限，在使用时防护层的材料好坏及抗腐蚀能力。对于外界因素：天气状况、施工的条件能力、建筑材料的及时供应。钢结构的表面防护要求有使用年限、涂层厚度、涂层材料。具体年限为十至十五年，防腐蚀最小厚度的涂层为220g/m2。[3]而防腐的涂料包括底、中间、面涂料，三者之间需要良好的结合。钢铁材料的基层与其的附着力要大于等于5MPa。使用拉开法来测试之间的附着力，并严格按照国家标准《涂层附着力的测定拉开法》GB/T5210的规定来测量。下面就将介绍两种钢结构的组合构件的防护方法。
方法1:列出与防腐蚀层配套的涂层构造。底层：第一步，覆盖120μm的锌、铝和铝合金的金属；第二步，为使其密封需涂环氧20μm。中间层：仅涂一遍厚度为40μm的环氧云铁。面层：涂两遍厚度为60μm的丙烯酸聚氨酯。使用环境等级分为强、中、弱，使用年限分别为十年（主要适用于主厂房）、十五年、二十年。
方法2:根据目前较大的国有钢铁厂来看，其涂层构造又有所不同。底层：首先使用热镀锌的防护，也可用优于镀锌三倍的热镀锌防护（铝的氧化层以及锌的电化学起到了保护作用）。利用型钢的生产时间，，一次性完成该方法，最后生产成品钢时覆盖≥120μm的金属（必须严格按照《金属覆盖层、钢铁制件热浸锌技术要求及试验方法》（GB/T13912=2008）的要求进行覆盖）。中间层：仅涂一遍40μm的环氧云铁。面层：涂两遍厚度为60μm的长效重防腐面漆。使用环境年限与方法1相同。
科技在不断迅速的发展，经济会有所上升，所接触的材料、技术都会有所提升。为了保证工程的高质量，需要经过严格的检验与鉴定。至少需要五年以上的使用经验，加上国家的权威认证，这样才能在建筑工程中安全使用。
五、结语
钢结构厂房的设计是一个重大且又关系到百姓安全的问题之一。需考虑各个钢构件的抗腐蚀性，对于厂房的设计有其专门的使用年限。以五十年为标准，传统、旧时代的厂房在每两到三年就需要维护，若使用上述的方法，可能会将时间推迟到每十到二十年再维护。能大大减少企业的支出。
参考文献
[1]余晓毅;大跨度变截面实腹屋面梁与普通结构厂房设计[J];钢铁技术;2010年04期