單層工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

1、<p>　　單層工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析</p><p>　　摘要：在現(xiàn)代工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛。鋼結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)良的性能，施工簡單便于安裝，自重較輕但是結(jié)構(gòu)性能好，成本造價(jià)較低，綠色環(huán)保，抗震、抗風(fēng)性能良好等，適用于多種行業(yè)。本文就重型單層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，希望對(duì)同行有一定的借鑒意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：單層廠房；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn) </

2、p><p>　　中圖分類號(hào)： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　所謂的重型單層廠房是指在車間廠房內(nèi)設(shè)有重型吊車設(shè)備，相對(duì)于輕型、中型鋼結(jié)構(gòu)廠房來說，不僅在其承載能力上更強(qiáng)，廠房空間大，而且有一定的高度，對(duì)于施工質(zhì)量的要求更加嚴(yán)格。 </p><p>　　一、重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) </p><p><b>　

3、　1.柱網(wǎng)尺寸 </b></p><p>　　廠房柱網(wǎng)尺寸的確定，主要是以下幾點(diǎn)作為考量：（1）滿足生產(chǎn)工藝流程布置要求。（2）廠房建筑統(tǒng)一模數(shù)制的規(guī)定。一般廠房邊柱距為6M，需要時(shí)中間可以抽柱，形成12m、18m、24m、30m等。（3）工程地質(zhì)條件和柱基礎(chǔ)方案。（4）減少構(gòu)件規(guī)格，使構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，定型化，以利構(gòu)件工廠制作。（5）制作、運(yùn)輸、吊裝條件。一般來說，根據(jù)國內(nèi)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，重型廠房鋼結(jié)構(gòu)框架跨度

4、設(shè)計(jì)為24m到36m這個(gè)區(qū)間內(nèi)比較合理。當(dāng)跨度超過30m以上，廠方高度超過15m以上，吊車噸位超過100t以上，邊柱柱距以6.0m，中間柱距以12m設(shè)計(jì)較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然如果工藝需要，而屋面、墻面采用輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，則重型廠房外圍柱距可以采用7.5m、9m、12m、18m，如是多跨相應(yīng)中間柱距可布置成15m、18m、24m、36m等。需要說明，柱距加大后，屋面、墻面檁條、托架、吊車梁隨著跨度增大 </p><p>　　

5、2.柱類型的選擇與設(shè)計(jì) </p><p>　　柱的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮建筑軸線、凈空、吊車輪距、廠房剛度等問題。重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房因其吊車荷載大的特點(diǎn)，柱子斷面高度常超過1.0m。因此廠房柱多使用階形格構(gòu)式柱和分離式兩種，格構(gòu)柱由實(shí)腹上柱和能節(jié)約用鋼量的格構(gòu)式下柱構(gòu)成。分離式柱由于具有吊車肢可靈活布置的特點(diǎn)，有擴(kuò)建跨或相鄰兩跨吊車軌頂標(biāo)高相差較大的，應(yīng)選用該形式。在進(jìn)行柱截面設(shè)計(jì)過程中，一般將下柱截面高度取柱計(jì)算高的1/

6、8～1/15左右，上柱截面計(jì)算高度取柱高的1/8～1/12左右，上柱截面高寬比0.35～0.6，下柱截面高寬比0.25～0.5。肩梁將上柱與下柱有效地連接，起到承上啟下的作用。肩梁有單、雙腹臂之分，單臂用于柱承擔(dān)荷載較小的柱，雙臂肩梁因其剛度大、整體性好多應(yīng)用于重型廠房柱。肩梁的構(gòu)造要求，其慣性矩要大于上主的慣性矩，線剛度與下柱線剛度之比應(yīng)不小于25，高垮比控制在0.35～0.5之間。另外，柱身板件的寬厚比要符合規(guī)范規(guī)定，這樣才能保證柱

7、斷面在承載當(dāng)中保持局部穩(wěn)定。 </p><p>　　3.廠房結(jié)構(gòu)受力體系的設(shè)計(jì) </p><p>　　對(duì)于重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房而言，橫向結(jié)構(gòu)及縱向結(jié)構(gòu)構(gòu)成整個(gè)廠房的受力體系。其中橫向框架結(jié)構(gòu)受力體系作為廠房重要承重結(jié)構(gòu)，主要是由柱、橫向框梁或屋架結(jié)構(gòu)構(gòu)成；橫向框架結(jié)構(gòu)受力體系承擔(dān)全部屋面荷載、吊車輪壓及橫向制動(dòng)力、風(fēng)荷載以及地震力等作用。因此，這個(gè)體系有條件應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)計(jì)算，柱腳、柱頂與梁連

8、結(jié)按剛性連接，以減小柱頂彎矩，增大框架橫向剛度?？v向結(jié)構(gòu)體系的作用在于保證廠房具有足夠的縱向剛度，該體系主要由柱、托架、吊車梁、系桿、柱間支撐等構(gòu)件組成的，縱向結(jié)構(gòu)體傳遞吊車縱向制動(dòng)力、風(fēng)、地震等縱向荷載，同時(shí)將縱向荷載傳遞給廠房基礎(chǔ)。因此該體系構(gòu)件設(shè)計(jì)要合理，才能保證其傳力明確、縱向剛度。 </p><p>　　托架設(shè)計(jì)：根據(jù)截面形式，可分單臂式、雙臂式、工字型和箱型。雙臂式箱型用于承受荷載大、跨度大、抗扭轉(zhuǎn)的

9、托架，反之則用單臂式。當(dāng)托加受到凈空限制或吊有較大荷載，則應(yīng)選用工字型、箱型截面。格構(gòu)托架比實(shí)腹工字、箱型鋼托架節(jié)約鋼材30%以上，因此無特殊要求應(yīng)首選格構(gòu)式。托架與柱連接為上弦端節(jié)點(diǎn)鉸接支承，托梁與柱連接按鉸接設(shè)計(jì)。當(dāng)托架、梁有扭矩，則支座應(yīng)設(shè)計(jì)抗扭構(gòu)件。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）單臂式托架應(yīng)盡量避免承受扭矩，平面外設(shè)置水平支撐。（2）雙臂式弦桿采用平腹H鋼，綴條用槽鋼。（3）為了減少扭矩，屋架、屋面梁與托架、托梁連接處應(yīng)盡量采用平接。（4）托

10、架、托梁截面高度分別為1/5～1/10、1/8～1/10翼緣寬1/2.5～1/5，箱型1/8～1/12，托架撓度控制在L/400。 </p><p>　　4.屋蓋類型與屋蓋支撐的設(shè)計(jì) </p><p>　　重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房相對(duì)于其它結(jié)構(gòu)形式的廠房而言，跨度和柱距空間都比較大，角鋼屋架承重傳統(tǒng)的屋蓋類型已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需要。在重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房屋蓋類型的選擇上，一般屋面使用H型鋼梁承重的

11、有檁輕型屋蓋。H型鋼梁有受力、易加工、運(yùn)輸、安裝等好特點(diǎn)，特別是柱頂與梁端設(shè)計(jì)成剛性節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造簡單可靠，因此廣泛用在現(xiàn)代廠房屋蓋中。重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房由于吊車荷載量大，空間高大，在吊車行走過程中，廠房的震動(dòng)也大，在屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須重視屋蓋支撐的合理設(shè)計(jì)，以加強(qiáng)其整體剛度。H型鋼梁或屋架承重屋面設(shè)計(jì)原則：（1）每60m設(shè)計(jì)一道橫向上下弦水平支撐。H型鋼梁僅布置上弦（2）跨度方向兩端設(shè)計(jì)縱向上下弦水平支撐，形成屋面周邊封閉的水平支撐體系

12、。如跨中有天窗，則天窗兩邊也應(yīng)設(shè)計(jì)縱向上下弦水平支撐，H型鋼梁僅布置上弦（3）為保證屋面梁側(cè)向穩(wěn)定，每隔一檁條間距設(shè)計(jì)一道隅撐（僅用于H型鋼梁）。（4）在有上下水平支撐的柱間布置垂直支撐 （5）在有垂直支撐的平面內(nèi)布置上下剛性系桿。剛性系桿為能承受拉壓的桿件 （6）支撐桿件長細(xì)比取150～200為宜。 </p><p>　　5.確保結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的準(zhǔn)確性 </p><p>　　隨著科技的發(fā)展

13、，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房橫向或縱向結(jié)構(gòu)的分析與計(jì)算也可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來完成較為繁瑣的分析工作。在實(shí)際操作過程中，使用PKPM系列的重型廠房STPJ軟件分析計(jì)算廠房空間結(jié)構(gòu)的受力情況。這種結(jié)構(gòu)分析技術(shù)模式的準(zhǔn)確性還是比較高的，在計(jì)算模型設(shè)置合理，輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，相關(guān)參數(shù)也較為準(zhǔn)確的情況下，得到的分析結(jié)果的精度是很高的。在對(duì)重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行實(shí)際的分析計(jì)算時(shí)要重視一下幾個(gè)方面的問題：一、按廠房的實(shí)際結(jié)構(gòu)建立計(jì)算模型

14、；二、分析計(jì)算過程中考慮重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房阻尼的特殊性；三、廠房抗震等級(jí)可依據(jù)《GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)條例確定；四、考慮鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上加勁肋、連接節(jié)點(diǎn)板等對(duì)結(jié)構(gòu)的影響；五、分析計(jì)算中要要考慮到圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)廠房結(jié)構(gòu)的影響度；六、地震作用效應(yīng)應(yīng)該計(jì)入到廠房縱向柱列計(jì)算中；七、當(dāng)重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的跨度較大時(shí)，相關(guān)計(jì)算需要考慮豎向地震力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。 </p><p>　　6.合理確定控制指標(biāo)

15、</p><p>　　重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要重點(diǎn)控制結(jié)構(gòu)桿件的相關(guān)尺寸如長細(xì)比例、受彎桿件的撓度等指標(biāo)。柱子作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的重要承重結(jié)構(gòu)，一定要控制好柱子的長細(xì)比例，保證足夠的剛度。對(duì)于受彎桿件其撓度值要嚴(yán)重控制在一定的范圍內(nèi)，比如抗風(fēng)桁架的撓度值不能大于L /1000。有時(shí)為了控制受彎構(gòu)件的撓度值符合要求，會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件應(yīng)力比較小的狀況，此時(shí)為了節(jié)約成本投資可以對(duì)容許撓度值適當(dāng)調(diào)整。 </p>

16、;<p><b>　　三、結(jié)束語 </b></p><p>　　重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房在結(jié)構(gòu)上具有諸多優(yōu)勢(shì)，在各行各業(yè)都得到了廣泛認(rèn)可，逐漸占有重要地位。工程技術(shù)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要精心設(shè)計(jì)，以結(jié)構(gòu)安全、技術(shù)先進(jìn)可靠、投資經(jīng)濟(jì)為原則，設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的工程，為人類社會(huì)做出重大貢獻(xiàn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b><