70年代前，我国的钢产量较低，限制了基本建设用钢量。当前，我国的钢产量已名列世界前茅。在1997年4月召开的中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会97’年会上，提出了“积极、合理、较快速地发展建筑钢结构”的任务，这对充分发挥钢结构的优越性和综合经济效益，促进我国经济发展是很重要的。
根据工艺要求，厂房采用单层双跨轻钢结构刚架梁。6.0m开间，18.0m一跨，厂房内设置两台5T电动单梁桥式起重机，吊重高4.5m，牛腿离地高度7.3m。结构平面图见图1。
本工程地质条件较好，0.8m杂填土，0.15-0.40m耕（表）土，0.40-4.10m粘土、粉质粘土。粉质粘土层承载力标准值210kpa，可作天然地基持力层。
开关有限公司现有的机加工车间和油漆车间均为钢筋砼结构。在结构选型设计时，对轻钢结构厂房和钢筋砼厂房的经济技术比较提供真实的依据。钢筋砼结构方案采用两跨18m的单层排架结构，造价1064 元/m2，施工工期至少一年。如果采用钢筋砼结构厂房，建设投资需304万元，建设总工期16个月（包括设计），在2001年5月份才能竣工投产。这与业主要求的总投资不要超过200万元，工期在“两改”工程中开关柜大规模生产2000年6个月份拉开序幕之前竣工投产有距离。
2.基于钢筋砼结构厂房有诸多不足，经过方案比较采用轻钢结构方案。首先，从工期上讲是可行的。设计2000年1月底完成，3月20日基础施工完成，25日钢结构安装单位进场，4月20日轻钢结构安装完成，5月25日工程完工。其次，通过造价测算，综合造价715元/m2（含地基处理、地坪、独立基础、内墙、轻钢结构、照明、动力）。轻钢结构仓库技术经济参数见表1。
3.根据以上工艺要求及经济技术方案比较，选定轻钢结构厂房是较为理想的方案。该厂房单层两跨，建筑面积2826m2，跨度为18m（“五州第一跨”的嘉兴电厂干煤棚结构跨度为103.5m）。双跨刚架梁柱，共计14榀，柱距6.0m。檐口离地高度10.3m，屋脊高地高度11.05m，屋面坡度1：12。屋面采用天蓝外钢板的聚氨脂夹芯屋面板，选用卡普隆采光带间隔布置，每跨屋脊设置天窗通风。厂房平面布置6扇4.2*4.8m（宽*高）的铝合金卷闸门，2扇0.9*2.1m（宽*高）小门。仓库四周标高1.2m以下砌240砖墙，内粉水泥砂浆，外粉1：1：6。
内力计算将空间力系按平面简化计算，取某一榀刚架为一个计算单位，钢柱与独立基础用地脚螺栓连接埋入地底0.30m，不能视为铰接。弯矩图如图2所示。
1.刚架形式选择 根据弯距图，弯矩最大点发生在刚架梁柱接头处及梁跨中。结构部件采用优化设计，截面与弯距大小趋于一致，整个主刚架如图3所示。结构使得材料选用较为合理。
设计时考虑到施工时整榀刚架制造、运输、安装的难度，故把整榀刚架（分解成3根柱，8根梁等11段）进行单元分解。施工安装时用高强螺栓连接。
2、檩条、墙梁的选择 本工程排架柱距为6.0m，檩条梁采用Q235钢制作的卷边槽钢，檩距1.8m左右。
3、围梁选用 围梁的作用：传递相邻刚架及吊车行动分配来的荷载，使之成为整体结构。根据计算，采用Φ89*4钢管梁，其强度、稳定性均能满足要求。
1、厂房面积较大，独立基础达50个，主要受力地脚螺栓达252个，为使众多的螺栓平面误差控制在±3mm，垂直误差控制在±5mm，在施工中应注意以下几点：（1）采用测量仪器测量放样，每两榀及数榀刚架之间反复交叉测量校验控制，从而确保独立基础中心位置之间是直角。（2）制作2块8mm厚定位钢板，，地脚螺栓加焊两道固定筋，这样保证了每只独立基础内的每支地脚螺栓位置的相对精确。
2、安装队伍的选择 通过邀请有资格的施工队伍进行招投标，这样不仅找到了一家有经验的施工队伍，而且在总费用下浮了10%。
3、制造、安装验收标准及质检范围 厂房土建、钢结构施工、制造安装规范仍参照我国颁布的规定执行。刚架结构的首次表面防腐处理采用密闭喷丸，焊缝采用x射线探伤、全相分析。
随着我国经济建设的迅猛发展，企业生产仓储用房日趋大型化，而钢结构骨架建造的厂房，以强度高、自重轻、跨度大、吊装施工方便和建设时间短等优点正越来越被广大厂家所采用。但钢结构厂房具有耐火性能低的弱点，在未进行防火处理的情况下，其本身虽然不会起火燃烧，但火灾时，强度会迅速下降，一般结构温度达到350℃、500℃、600℃时，强度分别下降1／3、1／2、2／3。理论计算显示，在全负荷情况下，钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500℃左右，而一般火场温度达到800～1000℃，在这样的火场温度下，的钢结构一般在15min左右，就会出现塑性变形，产生局部损坏，造成钢结构整体倒塌失效。如：1992年5月无锡兴业有限公司全钢结构占地1000平方米厂房发生特大火灾，将整个厂房烧得支离破碎：1992年6月上海联合毛纺厂两层全钢结构厂房5400平方米，由于设备油箱形成爆燃气体发生火灾，整个厂房烧毁；1993年11月安徽佳通轮胎有限公司的单层全钢结构厂房，建筑面积58752平方米，由于人为纵火，导致这个厂房钢结构全部被破坏；2003年2月5日四川绵阳三角生活用纸制造有限公司成品2号仓库因放火发生火灾，钢屋架建筑全部烧毁。这类建筑还存在空间大，火势蔓延快，设备、人员密集，疏散困难等特点，一旦发生火灾，常用的自动消防设施很难发挥预期作用。人员疏散和灭火救援难度较大，有造成群死群伤的潜在危险。
火灾的发生和发展具有随机性和确定性的双重特点。随机性是指火灾发生的起火原因及时间、地点等因素是不定的，受到各种因素的影响，遵循一定的统计规律；确定性是指在某一特定场合下发生的火灾会按基本确定的规律发展蔓延。燃烧过程与烟气流动过程皆遵循燃烧学、流体力学等物理和化学规律。火灾的确定性规律可采用工程科学的方法研究，一般室内火灾的自然发展过程大体分成三个主要阶段，即：初期增长阶段、充分发展阶段及衰减阶段。
在火灾发展的初期增长阶段，随着放出热量迅速增多，在可燃物上方形成温度较高、不断上升的火羽流。当羽流受到房间顶棚的阻挡后，便在顶棚下方向四面扩散开来，形成了沿顶棚表面平行流动的较薄的热烟气层，达到了一定厚度时又会慢慢向室内中部扩展，不久就会在顶棚下方形成逐渐增厚的热烟气层。当火灾达到充分发展阶段，热烟气层的温度与中心温度相差无几。
如果室内有通向外部的开口(如门和窗)，则当烟气层的厚度低于开口的上沿高度时，烟气便可由此流到室外。开口便起着向外排烟的作用。在建筑火灾的发展过程中，烟气的排放相当重要，烟气排放速率的大小决定着烟气层高度的变化情况。当排放速率大于烟气的产生速率时，烟气层的高度会逐渐升高，最终保持在对人没有威胁的高度。
建筑用钢(Q235、Q345钢等)在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。钢材的机械性能随温度的不同而有变化，当温度升高时，钢材的屈服强度，抗拉天博体育app下载地址强度和弹性模量的总趋势是降低的，但在150℃以下时变化不大。当温度在250℃左右时，钢材的抗拉强度反而有较大提高，但这时的相应伸长率较低、冲击韧性变差，钢材在此温度范围内破坏时常呈脆性破坏特征，称为“蓝脆”。如在“蓝脆”温度范围内进行钢材的机械加工，则易产生裂纹，故应力求避免。当温度超过300℃时，钢材的抗拉强度、屈服强度和弹性模量开始显著下降，而伸长率开始显著增大，钢材产生徐变；当温度超过400℃时，强度和弹性模量都急剧降低；到500℃左右，其强度下降到40％～50％，钢材的力学性能，诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降，低于建筑结构所要求的屈服强度。我国20世纪90年代初对钢梁的耐火极限进行了验证，确认了136b、140b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min(钢梁内部达到临界温度：平均温度538℃，最高温度649℃)。因此，若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体，一旦发生火灾，则建筑物会迅速坍塌，对人民的生命和财产安全造成严重的损失。
在建筑防排烟工程中，常用的三种方式是：自然排烟、机械加压送风防烟和机械排烟。自然排烟和机械排烟是控制烟气下降的常用方法，与机械排烟相比自然排烟有其自身的优点。一是无大的动力设备，运行维修费用也少，且平时可兼作换气用；二是在顶棚开设排烟口，自然排烟效果好。对于自然排烟的应用，在国外也有许多采用自然排烟的例子，在德国，大空间的公共建筑多使用自然排烟尤其是单层的展览建筑。我国现阶段对建筑防排烟方式选择的倾向性意见是：凡是能利用外窗等实现自然排烟的部位应尽可能地采用自然排烟方式。特别是大空间建筑宜首先考虑设置自然排烟，理由如下：
(二)大空间建筑通常顶棚或侧墙设置大面积采光或通风带，可与自然排烟结合使用；
(四)由于内部空间的高大、宽敞，机械排烟可能引起烟气与空气的掺混，过于集中的机械通风排烟把大量刚刚补入的新鲜空气直接排放出去，形成所谓的“流通短路。
目前，防排烟设计方法基本有三种：(1)体积换气次数法；(2)基于数理模型计算公式设计方法：(3)借助计算机模拟软件分析评估设计方法即性能化设计方法。但无论采用哪种方法，都要满足以下要求：一是烟气层高度。火灾中的烟气层伴有一定热量、胶质、毒性分解物等，是影响人员疏散行动与救援行动的主要障碍。在设计时限内，烟气层最好能保持在人群头部上方一定高度处，使得人在疏散时不必从烟气中穿过，也不会受到热烟气流的辐射热威胁。普遍认为烟气层在人员疏散过程中保持在距地面2m以上的位置时，人员疏散是安全的。二是热辐射。根据人体对辐射热耐受能力的研究，人体对烟气层等火灾环境的辐射热的耐受极限是2.5kW／m2，上部温度约为185度，处于这个程度的辐射热几秒钟之内就会引起皮肤强烈疼痛。三是结构安全。建筑用钢在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。钢材的机械性能随温度的不同而有变化，当温度升高时，钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量的总趋势是降低的，但在150℃以下时变化不大。
(一)钢结构厂房、库房以及民用建筑耐火性能差，火灾时容易倒塌，造成大量人员伤亡和财产损失，设置排烟系统能有效排出建筑内的高温烟气，有利于人员疏散、火灾扑救和建筑结构安全。
(二)大型钢结构厂房、库房以及民用建筑多为单层，在顶部结合采光、通风设置自然排烟窗施工简单可行。
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。
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。
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。
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，计算天博体育app下载地址和构造较复杂。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。
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。
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。
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）。
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。
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]
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）。
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。
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。
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8 mm，并在杆件的厚度小于8 mm 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18 kg/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220 g/m2。
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220 g/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5 MPa。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/T 5210 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。
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。
[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
某钢材剪切加工车间建于2001年，车间为全钢结构厂房，总长378m，宽为36m。该厂房分两期建设，其中一期厂房长度为120m，二期厂房直接紧邻一期厂房沿纵向布置，且两者之间并未设置伸缩缝。二期厂房檐口标高10.500m，吊车梁牛腿顶面天博体育app下载地址标高6.300m，横向两跨，跨度均为18m，柱距6m，吊车梁长度为16．5m，每跨内均设有两台起重量为100kN的桥式吊车，吊车工作级别为A5，后因为使用过程中发现吊车频繁出现啃轨和断电现象，使用方又将吊车的起重量减少为80kN(图1)。厂房横向采用门式刚架结构体系，纵向设置柱间支撑。该厂房在建设时未进行正规的设计，且竣工后未保存任何工程图纸和施工记录。由于该厂房东侧山墙未设置抗风柱，在2012年的一次台风中，该山墙的墙面在风荷载作用下出现十分明显的波浪状变形，业主不得不紧急使用大量的毛竹将整片山墙撑住，才勉强抵抗住台风的侵袭。此外，厂房还存在较多明显的质量问题，如部分柱间支撑不完整，柱间支撑钢管、节点板、系杆变形比较普遍，严重影响厂房柱平面外的稳定，吊车存在啃轨现象，行车轮更换较为频繁，并且台风过后厂房山墙附近区域约4列中柱存在较为明显的倾斜现象。问题出现后，厂房的使用方曾自行对厂房的山墙采取了临时性加固措施，在山墙上增设了4根抗风柱，并对山墙墙面进行了简单修复，但此举仅为局部处理，未按厂房各系统进行整体考虑。业主从厂房安全使用的角度出发，特委托专业人员对厂房的安全以及使用现状进行检查及图纸测绘，按照国家及地方相关标准规范，对厂房使用状态作出综合评估，在评估的基础上对厂房进行加固设计，以保证厂房的安全有效使用。
为了对厂房进行全面、有效的加固设计，需要对整个厂房结构进行细致的勘察，以检查出结构的安全隐患。因此，不但对厂房的屋面、墙面、吊车梁系统、柱系统、构件的连接节点进行了现场实地勘察和测绘，绘制出能够反映厂房实际现状的图纸，还对厂房的实际承载能力和正常使用状态进行了计算复核。对厂房的横向框架按照柱脚铰接的假定进行计算复核，计算结果发现边柱的下柱平面外应力超过了材料的容许应力，约为容许应力的1.15倍左右，如采用增大截面的做法则会面临巨大的加固费用和现场的焊接工作。由于厂房柱的柱脚底板较薄，仅为20mm，刚好满足构造要求，且仅在柱脚两侧翼缘各设置1块加劲肋，这样的柱脚构造仅能视为典型的铰接柱脚。在相同梁柱线刚度比下，柱底刚接比柱底铰接时的长细比更小，而减小长细比有利于降低柱平面外的应力。若将柱脚加固为刚接柱脚，其工作量显然比加大柱截面小得多，对厂房的生产运行的影响也可以降到最低，所以采取在柱脚增设加劲肋的措施，将底板分成若干个小区格，减小柱底板在柱底压应力作用下产生的弯矩，将柱脚加固成刚接柱脚，以减小厂房柱的长细比。厂房原有的柱间支撑杆件采用圆钢管或实心圆钢，其中圆钢用于部分上柱支撑。勘察中发现厂房整个柱间支撑的设置和施工存在诸多隐患:1)上柱的圆钢支撑基本处于松弛状态(图2a)，而圆钢支撑只有处于张紧状态时才能发挥作用，松弛的圆钢没有轴向刚度，屋面的纵向力无法有效地向下传递。2)部分圆钢管支撑有明显的弯曲变形，有的柱间支撑存在杆件缺失的情况(图2b)，而有的柱间支撑未延续至柱底(图2c)。发生弯曲的支撑其刚度已经退化，不能继续有效地抵抗水平力作用。缺失的支撑杆件以及未延续至柱底的柱间支撑阻断了水平力向下传递的路径，转而通过厂房柱平面外受弯来抵抗水平力。3)支撑节点板厚度较薄且有较为普遍的变形现象，柱间支撑杆件与节点板的连接长度也明显不足，连接焊缝的外观质量比较粗糙，有漏焊现象。4)十字交叉支撑的交叉节点构造不合理。有的采用直接相贯连接;有的在其中一根圆管上外套一段圆管作为加强措施，另一根支撑断开后再与外套管焊接连接。勘察中发现，钢管的相贯节点处已经出现管子凹陷的现象，外套管相贯节点处钢管错边的现象也比较普遍。这些交叉节点由于没有可靠的加强措施，也难以有效地传递结构内力，处于“半失效”的状态。对厂房的纵向柱间支撑系统进行计算复核，计算结果表明:在不考虑温度应力的前提下，现有的柱间支撑和系杆截面尚能满足设防烈度地震、风荷载和吊车纵向刹车力作用下的承载能力。但由于大批量的支撑杆件和系杆发生了明显变形，整个支撑系统已无法继续使用，而且端部的下柱支撑还使得温度应力无法释放。在勘察中发现，靠近山墙约4列中柱沿纵向倾斜严重。后经柱子倾斜测量表明，靠近二期厂房山墙部位的多根柱子已到达危险点，存在严重安全隐患。厂房在山墙处的两个柱距之间均布置了上柱和下柱支撑，并且该柱间支撑在每个下柱区域均设置了两道交叉支撑，由于厂房的纵向长度较长，在温度应力的作用下，该区域的柱间支撑均出现了不同程度的变形。从整个厂房柱间支撑系统的布置上来看，也存在很多不合理的地方。该厂房分两期建设，一期厂房的柱间支撑设置符合GB50011—2010《建筑抗震设计规范》的要求，即在纵向温度区段的两端仅设置上柱柱间支撑，在温度区段的中部依据厂房的长度酌情设置若干道上、下柱柱间支撑;二期厂房的高度略低于一期厂房，且柱间支撑的设置未对两部分厂房进行统筹考虑，柱间支撑的布置显得较为无序和杂乱，两部分厂房之间也没有设置伸缩缝。二期厂房屋面檩条、吊车梁直接与一期厂房相连接，厂房纵向总长达到378m，远远超过CECS102∶2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中厂房纵向温度区段长度不得超过300m的规定。此外，二期厂房在纵向的两端均设置了下柱柱间支撑，使纵向温度应力无法释放，转而积聚在结构内部，经过多年冷热膨胀和收缩变形的往复作用，很多柱间支撑和纵向系杆均出现整体屈曲的现象。二期厂房的东侧山墙在台风期间出现重大险情，是本次勘察的重点之一。勘察中发现，使用方虽然对山墙采取了临时加固措施，增加了4根抗风柱，并在山墙局部布置了山墙柱间支撑，但是山墙柱的布置并不与山墙的长度相匹配，山墙柱的定位并未处于厂房柱之间的等分点上，很多山墙柱由于柱距较大，檩条的跨度也较长，在夏季台风季节仍会出现风荷载作用下墙面变形的可能。山墙柱的柱顶直接与屋面梁的下翼缘连接，在风荷载的作用下屋面梁受到抗风柱施加的扭矩作用，而屋面的水平支撑节间由于和抗风柱的位置错开，从而使得由山墙柱传给屋面的集中力不能直接传递给屋面的水平支撑系统，整个山墙区域的结构布置不能达到受力合理、传力直接的效果，这是加固改造的重点部位之一。对吊车梁进行了承载能力和正常使用状态的计算复核，计算结果发现吊车梁的承载能力不能满足两台吊车位于同一柱距内的工作状态;当1个柱距内仅有1台吊车工作且吊车的起重量达到100kN时，吊车梁强度和变形均不能满足相关规范要求;当1个柱距内仅有1台吊车工作且吊车的起重量达到80kN时，吊车梁强度能满足，跨中变形不能满足相关规范要求。由于吊车梁的加固需要通过在已有的吊车梁本体上焊接型钢或钢板的方式来增强其承载能力，其现场的焊接量巨大且会影响到车间正常的生产运行，故进一步限制吊车的起吊重量或许更切合实际。
针对以上所述问题对整个厂房结构进行统筹考虑，制定出合理有效的加固设计方案。由于厂房的众多柱间支撑和纵向系杆均出现不同程度的整体屈曲变形，且布局存在诸多不合理，整个厂房纵向柱间支撑体系已处于不可靠的工作状态，不能为厂房柱提供稳定的平面外支点，所以厂房的柱间支撑系统应进行全面更换，并且由于厂房纵向长度超长，需要对一、二期厂房的结合处采取变形伸缩的措施，保证厂房的纵向受力体系可承受各种纵向力的作用，从而确保厂房结构的安全。1)在屋面和墙面檩条的檩托板上焊接事先开设好长圆孔的节点板，节点板作为檩条新的支座，原有檩托板上的螺栓在新节点板和原有檩托安装固定完毕后卸除，使得檩条可以沿着长圆孔的方向具备适当的伸缩滑动空间。2)将原吊车梁牛腿侧面加长，并更换吊车梁下方原有的水平节点板，重新安装开设有长圆孔的节点板，新节点板要与吊车梁的支座加劲肋间隔适当的距离。在安装新节点板前，吊车梁需事先从柱子上卸下，为节点板的安装提供操作面。吊车梁卸至地面后，在下翼缘对应节点板长圆孔的位置用磁力钻开设好螺栓孔，再重新安装至原位置，节点板的长圆孔与吊车梁下翼缘的圆孔之间用永久螺栓连接，使得吊车梁在厂房柱牛腿上能有适当的滑动距离。在处理好一、二期厂房变形伸缩的问题后，就可以着手布置二期厂房新的柱间支撑体系。二期厂房在纵向温度区段的端部仅布置上柱支撑，在温度区段的中间按照相邻柱间支撑间距不超过60m的原则，布置了3道上、下柱支撑，保证厂房纵向具备足够的刚度。上柱支撑采用单片支撑，支撑形式根据杆件的角度大小采用人字形或十字交叉形;下柱支撑采用双片支撑，支撑形式采用十字交叉形，支撑杆件均采用热轧角钢。二期厂房的山墙结构需要重新布置，原有的山墙柱并不废弃，但需重新布置在厂房横向的等分点处，抗风柱的柱距定为6m，与屋面水平支撑的节间相对应。抗风柱的上端用弹簧板与屋面梁腹板连接，连接位置设置在距离屋面梁上翼缘100mm处，可避免屋面梁受扭。山墙的檩条及墙面板也全部重新更换，檩条的檩距控制在1.5m以内，檩条与抗风柱之间设置隅撑以保证抗风柱内翼缘的侧向稳定。靠近山墙处的倾斜厂房柱存在安全隐患，其中?列线位于①、②轴的厂房柱的柱顶沿厂房纵向的倾斜值分别为88mm和193mm，倾斜度分别为柱高的1/131和1/60，已达到危险房屋的判定标准，但由于柱间支撑和吊车梁的支撑作用，厂房柱暂时未出现险情。为了排除安全隐患，在更换全厂柱间支撑的同时，需要对倾斜柱进行加固。厂房柱在倾斜后，屋面梁及吊车梁会对柱平面外产生附加弯矩的作用，所以对厂房柱的加固方法就是增加柱截面绕弱轴方向的截面模量。将屋面梁及吊车梁传给厂房柱的集中力乘以厂房柱柱顶和肩梁处的柱倾斜值就可以计算出厂房柱的平面外弯矩，在需要加固的厂房柱腹板两侧贴焊T形钢来承受该弯矩，T形钢的截面采用TN100×100，沿厂房柱的上柱或下柱全长设置。
通过对该钢材加工厂房进行全面而细致地勘察和测量，并在此基础上对厂房的整体结构进行计算分析，从厂房的结构体系入手，找出影响结构正常承载和安全使用的主要问题，进而深入地分析和寻找厂房构件及节点构造中存在的安全隐患，由此顺利制定出对结构进行加固和修复的一整套全面、合理的实施办法，解决了山墙抗风能力不足、纵向支撑体系不能为厂房提供足够刚度的问题，确保该厂房能够安全、正常的生产运行。
［2］CECS102∶2002(2012版)门式刚架轻型房屋钢结构技术规程［S］．
［6］上官子昌．钢结构加固设计与施工细节详解［M］．北京:中国建筑工业出版社，2012．
［7］张家启，李国胜，惠云玲．建筑结构检测鉴定与加固设计［M］．北京:中国建筑工业出版社，2011．
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
