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鋼結構廠房設計需要注意有哪些事項?

人氣:發表時間:2019-04-10

  現在,大多數的工業廠房都是排架結構,以鋼結構為主。排架結構:主要用于單層鋼結構廠房,由屋架、柱子和基礎構成橫向平面排架,是鋼結構廠房的主要承重體系,再通過屋面闆、吊車梁、支撐等縱向構件将平面排架聯結起來,構成整體的空間結構。
  
  鋼結構廠房設計需注意的事項
  
  每種結構都有其特别之處,各種功能的建築有其自身的需求。鋼結構廠房就是一種特定功能建築,它需要大空間大跨度,同時配置各種相應的設備,一般其上部采用鋼結構等。現在選取幾項鋼結構設計的注意事項,談談我的看法。
  
  1)單件屋面闆長度不宜過長。屋面漏水大緻有兩種:①采用屋面釘闆時,釘孔孔位可能出現滲水②屋面闆橫向搭接處滲水,主要原因是面闆過長,雨水漫過波峰,導緻搭接處大面積滲水。因此要根據面闆材料特性,及當地降雨量來合理選取單坡長度。
  鋼結構廠房設計
  2)鋼結構廠房鋼結構構件驗算時,如何合理選取對應的截面(淨截面、有效淨截面、有效截面、毛截面)。①毛截面:不扣除孔洞的截面面積,不考慮孔洞對截面的削弱。驗算構件整體穩定性時,可采用毛截面面積進行計算;②淨截面:扣除孔洞的截面面積,考慮孔洞對截面的削弱,主要用于強度驗算。比如受拉構件的強度驗算應采用淨截面面積進行計算;③有效截面:考慮屈曲後強度但并不扣除孔洞的截面有效面積。一般對于寬厚比較大的冷成型鋼,采用有效面積來考慮局部的屈曲後強度問題;考慮到闆太薄,受壓時會發生局部屈曲,從而不能全截面都用來承載。故對這種薄壁構件認為其中的一部分截面(有效截面)正常受力,而其他部分不考慮它的作用。④有效淨截面:考慮屈曲後強度并且扣除孔洞的截面有效面積。構件受壓強度既要考慮孔洞對截面強度的削弱,也要考慮局部的屈曲後強度,一般采用有效淨截面計算。構件受拉時不用考慮局部屈曲,所以仍采用淨截面。
  
  綜上所述:對于普通鋼結構構件,驗算強度時采用淨截面,驗算穩定性時采用毛截面;對于薄壁鋼結構構件,驗算受拉強度時采用淨截面,驗算受壓強度時采用有效淨截面,驗算穩定性時采用有效截面。
  
  3)受彎工字梁失穩及解決方法:施加荷載不大時,梁基本上在其最大剛度平面内彎曲;當施加荷載達到一定數值後,梁将同時産生較大的側向彎曲和扭轉變形,最後很快的喪失繼續承載的能力。此時梁的整體失穩必然是側向彎扭彎曲。解決方法有三種:①增加梁的側向支撐點(如屋面梁設置隅撐作為側向支撐點)。②調整梁的截面,增加梁側向慣性矩或增加受壓翼緣寬度(如吊車梁上翼緣)。③調整梁端支座對截面的約束,支座如能提供轉動約束,梁的整體穩定性将有較大的提高。
  
  4)次梁與主梁連接一般設計為鉸接:如果次梁與主梁剛接,在主梁同一截面處兩側都有相同荷載時,對主梁影響不大。如果隻是單邊有剛接的次梁,對于主梁來說平面外受扭,需要計算抗扭。梁的整體失穩主要表現為側向彎扭彎曲,因此應盡量避免梁平面外受扭。另外,若次梁與主梁采用剛接節點,現場焊接工作量将大大增加。
  
  5)當梁的撓度過大時,可以通過起拱加于控制,起拱的大小一般為恒載标準值加1/2活荷載标準值所産生的撓度值。對于鋼結構來說,撓度過大會影響屋面排水,同時使人感覺不安全;對于混凝土結構來說,撓度過大會造成耐久性的局部破壞(包括混凝土裂縫)。以撓度為主要控制因素的鋼梁,采用起拱辦法能減低結構的用鋼量。
  
  6)對于鋼結構廠房門式鋼架風荷載取值,《全國民用建築工程設計技術措施》有相關的規定:跨高比l/h小于等于4的門式剛架應按《建築結構荷載規範》GB50009--2001計算風荷載标準值Wk及風荷載體形系數μs,不考慮風振系數βj,但當跨高比1/h大于4的門式剛架及房屋所有圍護結構的風荷載标準值Wk宜按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECSl02:2002取用。
  
  另外,還有3個事項與風荷載有關,鋼結構廠房設計時需要注意的:
  
  ①敞開式廠房:指外牆面至少有80%敞開的建築。部分封閉式建築:受外部正風力的牆面上孔口總面積超過該建築物其餘外包面(牆面和屋面)上孔口面積的總和,并超過該牆面毛面積的5%,且建築物其餘外包面的開孔率不超過20%的建築。他們對應着不同的體形系數。
  
  ②邊緣帶:确定圍護結構構件和面闆上風荷載體形系數時,在外牆和屋面上劃分的位于建築物端部和邊緣的區域。凡不屬邊緣帶的均為中間區。端區:确定主剛架上風荷載體型系數時,在外牆和屋面上劃分的位于建築物端部和邊緣的區域。凡不屬端區的均為中間區。在《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》附錄A中有詳細的說明。
  
  ③各個構件根據其特點,選取不用的體型系數。面闆、牆面檩條、屋面檩條、剛架等,他們有各自的體型系數選取标準,不能混為一談,見《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》附錄A。
  鋼結構廠房工程加工
  7)鋼結構廠房門架的抗震設計原則:①采用底部剪力法。門架以剪切變形為主,質量剛度分布均勻,兩個振型周期相差太大,以第一振型為主,所以采用底部剪力法計算。②7度及其以下不需要地震計算,但仍需要采取抗震措施。③門架抗震措施主要是加強節點:①構件之間盡量采用螺栓連接;②梁柱節點,在梁下翼加掖闆;③梁柱連接點處寬厚比适當減小;④柱間支撐與構件連接處節點按1.2倍杆件承載力設計;⑤柱間支撐和柱連接處的柱腳錨栓要做抗拔驗算,并防止錨栓抗剪,設置抗剪鍵。附帶引出,一般柱腳都應該設置抗剪鍵。在《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》中,柱腳的水平剪力可以由柱底闆與混凝土的摩擦力或設置抗剪鍵承受。如果由柱底闆與混凝土的摩擦力來承受,二次澆築施工質量需要得到保證,澆築要密實,并采用膨脹劑混凝土或無收縮混凝土。
  
  8)混凝土柱加變截面鋼梁的單層鋼結構廠房可以按排架結構設計。此時輕鋼屋面梁可以按門式剛架規範進行設計;對于混凝土柱按混凝土規範進行設計。對于這種結構形式,關鍵是混凝土柱和鋼梁的節點設計,連接方式一般應該采用鉸接(混凝土是一種脆性材料,雖然可以通過配筋承受彎矩和剪力,但在連接部位,它的抗拉、抗沖切的性能很差,在外力作用下很容易松動和破壞。)。在鋼梁下部設置一根拉杆,能減少鋼梁對柱頂産生的較大水平力,從而大大降低混凝土柱腳的彎矩。
  
  9)鋼結構廠房吊車梁的設計:吊車在吊車梁上運動産生三個方向的動力荷載:豎向荷載、橫向水平荷載和沿吊車梁縱向的水平荷載。縱向水平荷載是指吊車刹車力,其沿軌道方向由吊車梁傳給柱間支撐,計算吊車梁截面時不予考慮。橫向水平荷載應等分于橋架的兩端,分别由軌道上的車輪平均傳至軌道,其方向與軌道垂直,并考慮正反兩個方向的刹車情況。計算重級工作制吊車梁及其制動結構的強度、穩定性以及連接(吊車梁、制動結構、柱相互間的連接)的強度時,應考慮吊車擺動引起的橫向水平力。豎向荷載在吊車梁垂直方向産生彎矩和剪力,水平荷載在吊車梁上翼緣平面産生水平方向的彎矩和剪力。吊車梁一般設計成簡支梁。若按連續梁設計固然可節省材料,但連續梁對支座沉降比較敏感,因此對基礎要求較高。需要注意:中間橫向加勁肋的下端宜在距受拉翼緣50~100mm處斷開,與其腹闆的連接焊縫不宜在肋下端起落弧。主要也是考慮吊車梁的疲勞破壞避免過多的焊縫相交産生應力集中,同時吊車梁的疲勞破壞一般是從受拉區開裂開始。同上,當吊車梁受拉翼緣與支撐相連時,不宜采用焊接。
  
  鋼結構廠房采用的排架結構,從結構形式來看,固然比較簡單,結構間傳力明确。盡管這樣,需要注意的問題還是有很多的,以上僅僅列舉了幾點作為闡述。讓我們在工程實踐中繼續探索,積累更多的工程設計經驗。
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