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钢结构厂房设计需要注意有哪些事项?

人气:发表时间:2019-04-10

  现在,大多数的工业厂房都是排架结构,以钢结构为主。排架结构:主要用于单层钢结构厂房,由屋架、柱子和基础构成横向平面排架,是钢结构厂房的主要承重体系,再通过屋面板、吊车梁、支撑等纵向构件将平面排架联结起来,构成整体的空间结构。
  
  钢结构厂房设计需注意的事项
  
  每种结构都有其特别之处,各种功能的建筑有其自身的需求。钢结构厂房就是一种特定功能建筑,它需要大空间大跨度,同时配置各种相应的设备,一般其上部采用钢结构等。现在选取几项钢结构设计的注意事项,谈谈我的看法。
  
  1)单件屋面板长度不宜过长。屋面漏水大致有两种:①采用屋面钉板时,钉孔孔位可能出现渗水②屋面板横向搭接处渗水,主要原因是面板过长,雨水漫过波峰,导致搭接处大面积渗水。因此要根据面板材料特性,及当地降雨量来合理选取单坡长度。
  钢结构厂房设计
  2)钢结构厂房钢结构构件验算时,如何合理选取对应的截面(净截面、有效净截面、有效截面、毛截面)。①毛截面:不扣除孔洞的截面面积,不考虑孔洞对截面的削弱。验算构件整体稳定性时,可采用毛截面面积进行计算;②净截面:扣除孔洞的截面面积,考虑孔洞对截面的削弱,主要用于强度验算。比如受拉构件的强度验算应采用净截面面积进行计算;③有效截面:考虑屈曲后强度但并不扣除孔洞的截面有效面积。一般对于宽厚比较大的冷成型钢,采用有效面积来考虑局部的屈曲后强度问题;考虑到板太薄,受压时会发生局部屈曲,从而不能全截面都用来承载。故对这种薄壁构件认为其中的一部分截面(有效截面)正常受力,而其他部分不考虑它的作用。④有效净截面:考虑屈曲后强度并且扣除孔洞的截面有效面积。构件受压强度既要考虑孔洞对截面强度的削弱,也要考虑局部的屈曲后强度,一般采用有效净截面计算。构件受拉时不用考虑局部屈曲,所以仍采用净截面。
  
  综上所述:对于普通钢结构构件,验算强度时采用净截面,验算稳定性时采用毛截面;对于薄壁钢结构构件,验算受拉强度时采用净截面,验算受压强度时采用有效净截面,验算稳定性时采用有效截面。
  
  3)受弯工字梁失稳及解决方法:施加荷载不大时,梁基本上在其最大刚度平面内弯曲;当施加荷载达到一定数值后,梁将同时产生较大的侧向弯曲和扭转变形,最后很快的丧失继续承载的能力。此时梁的整体失稳必然是侧向弯扭弯曲。解决方法有三种:①增加梁的侧向支撑点(如屋面梁设置隅撑作为侧向支撑点)。②调整梁的截面,增加梁侧向惯性矩或增加受压翼缘宽度(如吊车梁上翼缘)。③调整梁端支座对截面的约束,支座如能提供转动约束,梁的整体稳定性将有较大的提高。
  
  4)次梁与主梁连接一般设计为铰接:如果次梁与主梁刚接,在主梁同一截面处两侧都有相同荷载时,对主梁影响不大。如果只是单边有刚接的次梁,对于主梁来说平面外受扭,需要计算抗扭。梁的整体失稳主要表现为侧向弯扭弯曲,因此应尽量避免梁平面外受扭。另外,若次梁与主梁采用刚接节点,现场焊接工作量将大大增加。
  
  5)当梁的挠度过大时,可以通过起拱加于控制,起拱的大小一般为恒载标准值加1/2活荷载标准值所产生的挠度值。对于钢结构来说,挠度过大会影响屋面排水,同时使人感觉不安全;对于混凝土结构来说,挠度过大会造成耐久性的局部破坏(包括混凝土裂缝)。以挠度为主要控制因素的钢梁,采用起拱办法能减低结构的用钢量。
  
  6)对于钢结构厂房门式钢架风荷载取值,《全国民用建筑工程设计技术措施》有相关的规定:跨高比l/h小于等于4的门式刚架应按《建筑结构荷载规范》GB50009--2001计算风荷载标准值Wk及风荷载体形系数μs,不考虑风振系数βj,但当跨高比1/h大于4的门式刚架及房屋所有围护结构的风荷载标准值Wk宜按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECSl02:2002取用。
  
  另外,还有3个事项与风荷载有关,钢结构厂房设计时需要注意的:
  
  ①敞开式厂房:指外墙面至少有80%敞开的建筑。部分封闭式建筑:受外部正风力的墙面上孔口总面积超过该建筑物其余外包面(墙面和屋面)上孔口面积的总和,并超过该墙面毛面积的5%,且建筑物其余外包面的开孔率不超过20%的建筑。他们对应着不同的体形系数。
  
  ②边缘带:确定围护结构构件和面板上风荷载体形系数时,在外墙和屋面上划分的位于建筑物端部和边缘的区域。凡不属边缘带的均为中间区。端区:确定主刚架上风荷载体型系数时,在外墙和屋面上划分的位于建筑物端部和边缘的区域。凡不属端区的均为中间区。在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录A中有详细的说明。
  
  ③各个构件根据其特点,选取不用的体型系数。面板、墙面檩条、屋面檩条、刚架等,他们有各自的体型系数选取标准,不能混为一谈,见《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录A。
  钢结构厂房工程加工
  7)钢结构厂房门架的抗震设计原则:①采用底部剪力法。门架以剪切变形为主,质量刚度分布均匀,两个振型周期相差太大,以第一振型为主,所以采用底部剪力法计算。②7度及其以下不需要地震计算,但仍需要采取抗震措施。③门架抗震措施主要是加强节点:①构件之间尽量采用螺栓连接;②梁柱节点,在梁下翼加掖板;③梁柱连接点处宽厚比适当减小;④柱间支撑与构件连接处节点按1.2倍杆件承载力设计;⑤柱间支撑和柱连接处的柱脚锚栓要做抗拔验算,并防止锚栓抗剪,设置抗剪键。附带引出,一般柱脚都应该设置抗剪键。在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中,柱脚的水平剪力可以由柱底板与混凝土的摩擦力或设置抗剪键承受。如果由柱底板与混凝土的摩擦力来承受,二次浇筑施工质量需要得到保证,浇筑要密实,并采用膨胀剂混凝土或无收缩混凝土。
  
  8)混凝土柱加变截面钢梁的单层钢结构厂房可以按排架结构设计。此时轻钢屋面梁可以按门式刚架规范进行设计;对于混凝土柱按混凝土规范进行设计。对于这种结构形式,关键是混凝土柱和钢梁的节点设计,连接方式一般应该采用铰接(混凝土是一种脆性材料,虽然可以通过配筋承受弯矩和剪力,但在连接部位,它的抗拉、抗冲切的性能很差,在外力作用下很容易松动和破坏。)。在钢梁下部设置一根拉杆,能减少钢梁对柱顶产生的较大水平力,从而大大降低混凝土柱脚的弯矩。
  
  9)钢结构厂房吊车梁的设计:吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载:竖向荷载、横向水平荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载。纵向水平荷载是指吊车刹车力,其沿轨道方向由吊车梁传给柱间支撑,计算吊车梁截面时不予考虑。横向水平荷载应等分于桥架的两端,分别由轨道上的车轮平均传至轨道,其方向与轨道垂直,并考虑正反两个方向的刹车情况。计算重级工作制吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接(吊车梁、制动结构、柱相互间的连接)的强度时,应考虑吊车摆动引起的横向水平力。竖向荷载在吊车梁垂直方向产生弯矩和剪力,水平荷载在吊车梁上翼缘平面产生水平方向的弯矩和剪力。吊车梁一般设计成简支梁。若按连续梁设计固然可节省材料,但连续梁对支座沉降比较敏感,因此对基础要求较高。需要注意:中间横向加劲肋的下端宜在距受拉翼缘50~100mm处断开,与其腹板的连接焊缝不宜在肋下端起落弧。主要也是考虑吊车梁的疲劳破坏避免过多的焊缝相交产生应力集中,同时吊车梁的疲劳破坏一般是从受拉区开裂开始。同上,当吊车梁受拉翼缘与支撑相连时,不宜采用焊接。
  
  钢结构厂房采用的排架结构,从结构形式来看,固然比较简单,结构间传力明确。尽管这样,需要注意的问题还是有很多的,以上仅仅列举了几点作为阐述。让我们在工程实践中继续探索,积累更多的工程设计经验。
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