摘要：本研究探討了單跨架鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析了其特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成及受力性能。通過對(duì)廠房的荷載分析，確定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求和參數(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)，并提出了合理的設(shè)計(jì)方案。研究結(jié)果表明，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工工藝，可以有效提高廠房的安全性和經(jīng)濟(jì)性，為類似工程提供參考。

一、鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)的主要組成部分

• 鋼柱：是鋼結(jié)構(gòu)廠房的主要豎向承重構(gòu)件，承受屋面、吊車梁等傳來的豎向荷載和水平荷載，并將這些荷載傳遞給基礎(chǔ)。鋼柱的類型多樣，例如H型鋼柱、格構(gòu)柱等，不同類型適用于不同的廠房需求。H型鋼柱制作方便，受力性能好，常用于一般的工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房；格構(gòu)柱則適用于承受較大荷載且柱身較高的情況，它通過將多個(gè)型鋼組合成格構(gòu)形式，提高柱子的承載能力和穩(wěn)定性。
• 鋼梁：主要承受屋面荷載和吊車荷載等橫向荷載，并將其傳遞給鋼柱。鋼梁通常采用H型鋼或工字鋼制作，其截面形狀和尺寸根據(jù)廠房的跨度、荷載大小等因素確定。在大跨度的鋼結(jié)構(gòu)廠房中，為了減輕自重和提高承載能力，可能會(huì)采用桁架式鋼梁，它由多個(gè)桿件組成桁架結(jié)構(gòu)，能夠有效地發(fā)揮鋼材的抗拉和抗壓性能。
• 鋼屋架：對(duì)于大跨度的鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼屋架是屋面結(jié)構(gòu)的重要組成部分。常見的鋼屋架形式有三角形屋架、梯形屋架、拱形屋架等。三角形屋架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于較小跨度的廠房；梯形屋架和拱形屋架則適用于較大跨度的廠房，它們能夠更好地承受屋面荷載，并提供較大的內(nèi)部空間。鋼屋架一般由上弦桿、下弦桿和腹桿組成，通過節(jié)點(diǎn)連接形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。
• 檁條：設(shè)置在屋架或屋面梁上，用于支撐屋面材料（如彩鋼板等）。檁條通常采用C型鋼或Z型鋼制作，其間距根據(jù)屋面材料的規(guī)格和承載能力確定。檁條除了承受屋面?zhèn)鱽淼拇怪焙奢d外，還需要承受風(fēng)荷載等水平荷載，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。
• 支撐系統(tǒng)
  • 柱間支撐：設(shè)置在鋼柱之間，主要作用是提高廠房結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定性，傳遞縱向水平荷載（如縱向風(fēng)荷載、吊車縱向制動(dòng)力等）。柱間支撐通常采用型鋼制作，形式有交叉支撐、門形支撐等。交叉支撐受力明確，傳力直接，是較為常用的形式；門形支撐則適用于柱距較大或有特殊要求的情況。
  • 屋面支撐：布置在屋架或屋面梁之間，用于增強(qiáng)屋面結(jié)構(gòu)的空間穩(wěn)定性，保證屋架在平面外的穩(wěn)定性，并傳遞水平荷載。屋面支撐包括橫向支撐、縱向支撐和系桿等。橫向支撐一般設(shè)置在廠房端部和伸縮縫處，縱向支撐則根據(jù)廠房的長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)形式合理布置，系桿用于連接屋架和支撐系統(tǒng)，使整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)形成一個(gè)穩(wěn)定的空間體系。

二、鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)的連接方式

• 焊接連接
  • 優(yōu)點(diǎn)：焊接連接可以使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成連續(xù)的整體，具有較高的強(qiáng)度和剛度。焊接連接能夠保證結(jié)構(gòu)的密封性，適用于承受較大荷載和要求較高密封性的部位，如壓力容器、水池等鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)中的一些特殊部位。在焊接過程中，鋼材的截面不會(huì)被削弱，能夠充分發(fā)揮鋼材的承載能力。
  • 缺點(diǎn)：焊接施工需要專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)人員，對(duì)焊接質(zhì)量要求較高。焊接過程中會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形，如果控制不當(dāng)，可能會(huì)影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度和受力性能。焊接部位存在殘余應(yīng)力，在一定條件下可能導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，影響結(jié)構(gòu)的安全性。此外，焊接后的構(gòu)件不易進(jìn)行拆卸和改造。
• 螺栓連接
  • 優(yōu)點(diǎn)：螺栓連接施工方便，不需要特殊的設(shè)備和技術(shù)，安裝速度快。螺栓連接具有較好的可拆卸性，便于結(jié)構(gòu)的維修、改造和拆卸。通過擰緊螺栓，可以調(diào)整構(gòu)件之間的連接緊密度，從而控制結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。與焊接連接相比，螺栓連接不會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形，對(duì)構(gòu)件的尺寸精度影響較小。
  • 缺點(diǎn)：螺栓連接的構(gòu)件需要在連接處開孔，這會(huì)削弱構(gòu)件的截面，降低構(gòu)件的承載能力。螺栓連接的整體性不如焊接連接，在承受較大動(dòng)力荷載時(shí)，容易出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，需要定期檢查和維護(hù)。螺栓連接的成本相對(duì)較高，尤其是高強(qiáng)度螺栓連接，其螺栓和螺母的價(jià)格較貴。

三、不同類型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

• 門式鋼結(jié)構(gòu)廠房
  • 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：門式框架系統(tǒng)其鋼結(jié)構(gòu)建筑的主軸線與水平面垂直，配置直徑數(shù)值大的人字形結(jié)構(gòu)臺(tái)作為裝夾工件。這種結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，受力明確，由門式剛架、檁條、支撐系統(tǒng)等組成。門式剛架的柱腳一般采用鉸接或剛接形式，能夠有效地承受豎向荷載和水平荷載。廠房的跨度較大，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置單跨或多跨，適用于具有大型機(jī)械或者有大重量的物品儲(chǔ)存的鋼結(jié)構(gòu)建筑。
  • 應(yīng)用場(chǎng)景：常用于工業(yè)廠房、倉庫等建筑，如汽車制造車間、大型物流倉庫等。在這些場(chǎng)所中，門式鋼結(jié)構(gòu)廠房能夠提供較大的內(nèi)部空間，便于機(jī)械設(shè)備的安裝和貨物的存儲(chǔ)，同時(shí)其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，施工速度快，能夠滿足企業(yè)快速建設(shè)廠房的需求。
• 單跨架鋼結(jié)構(gòu)廠房
  • 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一般都配置有各種類型的單跨架以用來懸掛各種機(jī)械設(shè)備。這種廠房的結(jié)構(gòu)主要圍繞單跨架進(jìn)行設(shè)計(jì)，其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件如柱子、梁等需要根據(jù)單跨架的位置和荷載要求進(jìn)行布置。單跨架的形式和尺寸根據(jù)所懸掛的機(jī)械設(shè)備類型和要求確定，可能是桁架式結(jié)構(gòu)或梁式結(jié)構(gòu)等，廠房的整體結(jié)構(gòu)需要滿足機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行和吊裝要求。
  • 應(yīng)用場(chǎng)景：適用于經(jīng)常有設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)或吊裝作業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)廠房，如機(jī)械加工車間、重型設(shè)備制造車間等。在這些車間中，單跨架鋼結(jié)構(gòu)廠房能夠方便地安裝和懸掛各種生產(chǎn)設(shè)備，為生產(chǎn)作業(yè)提供必要的條件。
• 雙跨架鋼結(jié)構(gòu)廠房
  • 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一般會(huì)配置成對(duì)框架，可以平行排列，也能夠是彼此垂直散布。雙跨架鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜一些，需要考慮兩個(gè)跨架之間的相互關(guān)系和協(xié)同工作。成對(duì)的框架之間需要通過合理的連接方式和支撐系統(tǒng)保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)還要考慮兩個(gè)跨內(nèi)的荷載分配和傳遞，以確保廠房結(jié)構(gòu)的安全可靠。
  • 應(yīng)用場(chǎng)景：常用于需要較大生產(chǎn)空間且生產(chǎn)流程較為復(fù)雜的工業(yè)企業(yè)，如大型機(jī)械裝配車間、電子設(shè)備制造廠房等。雙跨架鋼結(jié)構(gòu)廠房能夠提供更大的空間布局靈活性，滿足不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的需求。
• 臥式鋼結(jié)構(gòu)廠房
  • 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：又分成鋼結(jié)構(gòu)水平路軌臥式廠房和鋼結(jié)構(gòu)歪斜路軌臥式廠房。歪斜路軌結(jié)構(gòu)能夠使廠房擁有更大的剛性，并易于掃除切屑。臥式鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮水平路軌或歪斜路軌的設(shè)置要求，包括軌道的承載能力、軌道與廠房結(jié)構(gòu)的連接方式等。廠房的柱子、梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要根據(jù)軌道的位置和荷載要求進(jìn)行合理布置，以確保軌道的正常運(yùn)行和廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
  • 應(yīng)用場(chǎng)景：主要應(yīng)用于一些需要特殊生產(chǎn)設(shè)備或工藝流程的工業(yè)領(lǐng)域，如機(jī)床制造車間、金屬加工車間等。在這些車間中，臥式鋼結(jié)構(gòu)廠房能夠?yàn)樯a(chǎn)設(shè)備提供合適的安裝和運(yùn)行環(huán)境，特別是歪斜路軌的設(shè)計(jì)有利于生產(chǎn)過程中的廢料清理等工作。
• 頂尖式鋼結(jié)構(gòu)廠房- **