有關鋼框架廠房的調研報告
摘要：鋼框架結構體系是指沿房屋的縱向和橫向來用鋼梁和鋼柱組成的框架結構來作為承重和抵抗側力的結構體系。其優點是：能提供較大的內部空間，建筑平面布置靈活，適應多種類型的使用功能；一般是在工廠預制鋼梁、鋼柱，運送到施工現場再拼裝連接成整體框架，其自重輕，抗震性能好，施工速度快，機械化程度高；結構簡單，構件易于標準化和定型化，對層數不多的高層建筑而言，框架體系是一種比較經濟合理、運用廣泛的結構體系。但同時它也存在一定的缺點，如用鋼量稍大，耐火性能差，后期維修費用高，造價略高于混凝土框架。
關鍵詞：鋼框架廠房
多層鋼框架結構是多層廠房最常用的結構，也是將來建筑產業發展的一個重點。框架結構體系橫向剛度較好，橫梁高度也較小，是比較經濟的結構形式。鋼結構體系具有自重輕、安裝容易、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環境污染少等綜合優勢，從目前來看，鋼結構建筑是對城市環境影響最小的一種結構之一，在西方已被廣泛采用，所以被有關稱為綠色建筑。與鋼筋混凝土結構相比，更具有在“高、大、輕”，三方面發展的獨特優勢。因此，兩者相結合以至達到更好的使用功能效果。
早在民國2年興建的上海楊樹浦電廠一號鍋爐間是全國出現最早的一座鋼框架結構多層廠房，該廠于民國27年興建的5號鍋爐間是當時全國最高的鋼框架結構廠房。
目前，我國絕大部分框架廠房結構均為鋼筋混凝土框架廠房，但已出現了不少的鋼框架廠房。隨著我國鋼材產量的迅速增加，品種增多，鋼結構設計和施工技術的不斷提高，鋼框架的運用將有良好的前景。如圖1、圖2：
圖1河北省某一鋼框架廠房
圖2銀川某一鋼框架廠房
鋼框架結構體系是指沿房屋的縱向和橫向來用鋼梁和鋼柱組成的框架結構來作為承重和抵抗側力的結構體系。其優點是：能提供較大的內部空間，建筑平面布置靈活，適應多種類型的使用功能；一般是在工廠預制鋼梁、鋼柱，運送到施工現場再拼裝連接成整體框架，其自重輕，抗震性能好，施工速度快，機械化程度高；結構簡單，構件易于標準化和定型化，對層數不多的高層建筑而言，框架體系是一種比較經濟合理、運用廣泛的結構體系。但同時它也存在一定的缺點，如用鋼量稍大，耐火性能差，后期維修費用高，造價略高于混凝土框架。
隨著層數及高度的增加，除承受較大的豎向荷載外，抗側力(風荷載、地震作用等)要求也成為多層框架的主要承載待點，其基本結構體系一般可分為三種：柱-支撐體系、純框架體系、框架—支撐體系。以框架—支撐體系在實際工程中采用較多，這種體系形式是在廠房的橫向用純鋼框架，廠房的縱向布置適當數量的豎向柱間支撐，用來加強廠房縱向的剛度，以減少框架的用鋼量，并且由于橫向純框架無柱間支撐，便于生產、人流、物流等功能的安排。如下圖3：
對于廠房結構的設計步驟，首先要對廠房的建筑和結構進行合理的規劃，使其滿足工藝和使用要求，并考慮將來可能發生的生產流程變化和發展，然后根據工藝設計確定平面及高度方向的主要尺寸，同時布置柱網和溫度伸縮縫，選擇主要承重框架的形式，并確定框架的主要尺寸；布置屋蓋結構、吊車道結構、支撐體系及墻架體系。
結構方案確定以后，即可按設計資料進行靜力計算、構件及連接設計、最后繪制施工圖，設計時應盡量采用構件及連接構造的標準圖集。
一．結構方案設計
結構方案設計包括結構選型、結構布置和主要構件的截面尺寸估算。
結構的選型包括上部結構選型和基礎選型。基礎類型的選擇需考慮場地上的工程地質情況、上部結構對地基不均勻沉降的敏感程度、上部結構荷載的大小以及現場施工條件等因素。對于大型工程，設計時可以進行必要的技術經濟比較，綜合考慮后決定。基礎一般采用鋼筋混凝土，其形式有獨立基礎、條形基礎、十字型基礎、樁基礎等。
進行柱網布置時應滿足生產工藝的要求；滿足建筑平面布置要求；要使結構受力合理；應便于施工。
當房屋平面尺寸過長時，為避免溫度混凝土收縮使房屋產生裂縫，必須設置伸縮縫。其設置主要與結構的長度有關。設置伸縮縫會導致結構局部構造復雜，施工困難等。目前，工程中常采用分階段施工，設置后澆帶并在局部構造加強的辦法處理。
圖3 多層框架結構體系簡圖
a)平面柱網 b)柱-支撐體系
c)純框架體系 d)框架-支撐體系
二．結構分析
結構分析的核心問題是計算模型的確定，包括計算簡圖和采用的計算理論。這部分通常是手算和電算結合。
三．構件設計
構件設計包括截面設計和節點設計兩個部分。
我國鋼框架結構的梁、柱多采用熱軋或焊接H型鋼截面，柱較高或對縱橫向剛度有較大要求時，宜采用十字形截面或方管截面，若外觀等有特殊需求時亦可采用圓管截面。在廠房構件設計中，節點設計與構造是保證鋼結構安全的重要環節，對結構受力性能有著極其重要的影響。根據各種鋼結構災害事故（如美國北嶺的地震和日本的阪神地震造成的壞）分析表明，許多鋼結構是由于節點區首先破壞而導致建筑物整體破壞的。鋼結構節點區的受力狀況比較復雜，構造要求相當嚴格，應引起設計人員的足夠重視。節點設計一般應遵守以下原則：
1．節點受力應滿足傳力簡捷、明確的原則，使計算分析與節點的實際受力情況一致；2．保證節點連接有足夠的強度，使結構不致因連接較弱而引起破壞；
3．節點連接應具有良好的延性，避免節點的局部壓屈或脆性破壞，應采用合理的細部構造，使鋼結構延性的優勢得到充分發揮，這時對抗震結構尤其重要；
4．構件的拼接一般應按等強度原則設計；
5．盡量簡化節點構造，便于加工與現場安裝調整。
四．繪制施工圖
繪制施工圖，圖面的表達應要正確、規范、簡明和美觀。
廠房設計的同時應該注意廠房的生產環境控制。創造理想而又舒適的廠房生產環境是現代化生產廠房特點，研究證明優良的環境會對生產者的生理和心理產生良性作用而有利于提高工作效率。廠房環境調控因素包括溫度、濕度、灰塵與菌落控制、采光與照明、噪聲控制等。在設計時也要對廠房的采光、通風等進行設計。
設計鋼框架廠房所涉及到的設計規范，規程如下：
《建筑結構荷載規范（GB50009-2001）》
《建筑抗震設計規范（GB50011-2001）》
《鋼結構設計規范（GB50017—2003）》
《建筑結構設計統一標準（GB50068—2001）》
建筑結構設計通用符號、計量單位和基本術語（GB/T50083—97）》
《建筑鋼結構焊接與驗收規程（JGJ81—2002）》
《建筑設計防火規范(GBJ16—87)》
《建筑地基基礎設計規范（GB50007—2002）》
《混凝土結構設計規范(GB50010-2002)》
《房屋建筑制圖統一標準（GB/T50001—2001）》
《總制圖標準（GB/T50103—2001）》
《建筑結構制圖標準（GB/T50105—2001）》