浅谈单层钢结构厂房设计.docVIP

浅谈单层钢结构厂房设计摘要：钢结构的厂房主要是指主要的承重构件是由钢材组成的。包括钢柱子，钢梁，钢结构基础，钢屋架（当然厂房的跨度比较大，基本现在都是钢结构屋架了），钢屋盖，注意钢结构的墙也可以采用砖墙维护。 由于我国的钢产量增大，很多都开始采用钢结构厂房了，具体还可以分轻型和重型钢结构厂房。在钢结构厂房设计中，门式刚架当吊车吨位超出轻钢规程时，其计算方法及构造措施应严格遵守钢结构规范要求，门式刚架结构基础由于其自重轻、弯矩大，可采用增加压重办法减小基础截面。关键字：门式刚架 端板连接 宽厚比 插入式柱脚 钢结构正文 由于门式刚架钢结构厂房造型美观，施工速度快，越来越多的在单层厂房中应用，但很多情况下由于吊车吨位及厂房高度较大，已超出门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的应用范围，需按钢结构规范执行。（来自文献4）一、梁柱拼接点的设计 梁柱之间端板连接有端板竖放，端板斜放及端板平放三种形式，端板斜放虽然力臂较大，但施工比较困难，所以一般不采用，当采用内天沟排水时，端板竖放时，节点加劲肋会影响天沟的放置，可以采用端板平放的方式。端板平放可减小节点的设计剪力，同时充分利用柱的压力对节点的有利作用，是比较合理的一种节点形式。（来自文献2）由于端板连接与计算假定的刚性节点有一定的差距，所以要保证节点的刚性使之与计算假定相符。端板连接是一种半刚性的连接形式，其传递弯矩的能力与端板的厚度，螺栓直径及布置有关。首先，螺栓直径间距不宜过大，门式刚架规程要求螺栓间距不应大于400 him，这比钢结构规范16 d放松了不少，所以当吊车起重量较大、超出轻钢规程时。（来自文献5）应严格执行钢结构规范的要求。其次，端板厚度不宜过小，如果端板过薄，就可能传递不了该截面的弯矩，不能保证刚架的安全。端板连接螺栓的受力计算，假定以高强螺栓群中心为抗弯中和轴进行计算，端板连接宜考虑撬力的不利影响，端板厚度不应小于螺栓直径。二、梁柱翼缘的宽厚比限值 工字形截面构件受压翼缘自由外伸宽度b与其厚度t之比不应大于15(Q235钢)。而抗震规范规定，梁翼缘宽厚比限值：7度为11，8度为10，9度为9(Q235钢)；柱翼缘宽厚比限值：7度为13，8度为11，9度时10(Q235钢)，这表明在抗震区有更严格的要求。对于轻型门式刚架、屋面荷载较轻，吊车吨位小，按8度抗震区验算，一般均不控制。为此，建议在7，8度地震区时，当刚架梁的翼缘宽厚比bt超出以上规定时，可取以上规定的bt验算其抗震强度，即超出部分不计。而对于吊车吨位较大已超出轻钢规程范围的厂房，原则上应遵守抗震规范的规定。三、支撑的布置 厂房结构应有完整的支撑体系以形成有效的传力途径，首先，应设置屋面横向水平支撑，屋面横向水平支撑可增强屋面刚度，保证屋面梁的侧向稳定性，将抗风柱作用于屋面梁的风荷载通过支撑传至柱顶。（来自文献8）同时在横向交叉支撑之间应设置剐性压杆以形成传递水平力的几何不变体系。其次应在柱顶，屋脊及刚架转折处设通长系杆，当抗风柱与刚架梁上翼缘连接时，在相应位置的端跨设置刚性压杆，以传递抗风柱传来的力。当设有带驾驶室且起重量大于15t桥式吊车的跨间，在屋盖两侧设纵向水平支撑，它可使吊车荷载产生的柱顶横向荷载分布到相邻的刚架柱，提高厂房的整体刚度。屋面横向水平支撑应与柱间支撑相协调，一般应设在同一跨问，形成一个几何不变的支撑体系。屋面纵向支撑应尽可能同横向支撑形成封闭的支撑系统，以增强整个厂房的刚度。对于轻型钢结构厂房、应在刚架梁下翼缘受压处设置隅撑，保证刚架梁的侧向稳定性且作为刚架梁的平面外支撑点。四、拉条的设置 关于拉条的设置，拉条的力一般需传至刚架上，在屋脊处设置斜拉条及撑杆，拉条的力在屋脊处从斜拉条及撑杆传至檩条的端部，靠近檩条与刚架结点，相当于传至刚架。撑杆必须与斜拉条同时设置，才能形成一个几何不变的传力体系。同理，当屋面开天窗时，在开天窗处的下侧也应设置斜拉条及撑杆，否则拉条的力都传至开孔处的檩条，如果这根檩条不加强，很可能造成这根檩条的强度不杆，把窗下侧的力传至刚架。对于屋面檩条，由于屋面板一般为扣合式，屋面板与檩条间可有微小的错动，并不能约束檩条上翼缘，所以在其高度三分点处分别设置拉条。（来自文献9）五、柱脚的形式 当吊车吨位较大时，柱脚应采用固接形式，在抗震区，宜采用埋如式或插入式柱脚，6，7度时也可采用外露式柱脚，对于插入式柱脚在钢柱根部截面很容易满足塑性铰的要求，当埋人深度达到柱截面高度2倍时可认为柱脚的恢复力特性基本呈纺锤形。一般的外露式柱脚，作为半刚性考虑更合适，它与钢柱根部截面的全截面屈服承载力相比，多数情况由于锚栓屈服所确定的弯矩较小，所以主要由锚栓性能决定。实际的柱脚，在锚栓截面未削弱部分屈服前，螺纹部分就断裂，难有充分塑性发展，所以说螺栓设计应加强。六、基础的设计1基础受力特点 对于钢结构厂房铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，设计比较简单；而对于刚接柱脚，基础则要受偏心荷载作用，偏心距为e=(M+Vh)(N+G)，对门式刚架钢结构厂房来说，以下因素决定了基础受力特点：(1)厂房多带吊车，有时吨位较大，刚架横向位移较大，柱脚铰接时，刚架横向位移很难满足要求，所以要求柱脚刚接以增大厂房的抗侧刚度，使刚架横向侧移满足要求。(2)钢结构自重较轻，水平地震作用较小，水平控制 荷载多为水平风荷载加吊车荷载。(3)结构轻，风荷载和吊车荷载大，造成基础偏心距 较大，有时达到1015 m左右。2基础设计要求 由于偏心荷载作用下基础底面反力不均匀，偏心距过大，基底压力很不均匀，压力最大值将大幅度增加，可能使基础发生倾斜，影响带吊车厂房的正常的使用，应此对地基土压力做如下限制：(1)对于flc150 kPa，吊车起重量大于75 t的单层厂房柱基础或起重量大于15t的露天栈桥柱基础，要求pminpmax0.25。(2)对一般带吊车厂房柱基要求pminI0，(eb6) 即不出现基础底面与地基脱离的情况。(3)考虑了铸钢节点冷却过程中产生的残余应力。（来自文献10）3基础形式的选择 由于以上受力特点及要求，对于有吊车厂房通常采用刚接柱脚。这样可提高厂房整体刚度，减小刚架侧移。3.1增加基础压重 在柱底内力和基础尺寸一定的情况下，增加压重G是减小偏心距的较好措施，可采取以下两种方法：一是，厂 房底部设置砖墙：一般厂房底部为1015 m高砖墙，并 使其重量通过基础梁传至基础上；二是，增加基础埋深： 增加基础底面以上压重G，这对降低偏心距是有利的。可 保持柱底标高不变，通过增加基础高度(即基础短柱高度) 达到增加埋深目的。32采用桩基础 对于偏心距过大的基础，当采用以上办法不能解决时，可以考虑采用桩基础。桩的类型有多种，可采用灌注桩，预制桩等多种桩型，可根据具体情况选取。当偏心距很大时，也可采用抗拔桩抵抗出现的上拔力。对于直接建在基岩上的基础，当岩层整体性较好，裂隙较少时，可采用岩石锚杆基础承受基础出现的拉力。但采用桩基础不仅增加了设计施工的复杂性，而且造价也高，因而是最后采取的方案。（来自文献7）7、 结论 1、单层工业厂房由于屋面自重较轻，地震作用下一 般不控制，当在8度区时，应计算其地震作用并采取相应构造措施； 2、单层工业厂房应具备完备的支撑体系使其具有整体刚度；3、轻型屋面单层厂房基础偏心距较大，可通过增加白重减小其基础面积。参考文献：1罗伯特D库克有限元分析的概念与应用(第4版)M西 安：西安交通大学出版社，200r72 石少卿建筑结构有限元分析及ANSYS范例详解M北京： 中国建筑工业出版社，2008.3 王建江ANSYSll0结构与热力学有限元实例指导教程M 北京：机械工业出版,20084 CECS235-2008，铸钢节点应用技术规程s5 建筑结构设计规范 19966 GB5007-2003，钢结构设计规范 20037 滕智明，朱鑫铨.混凝土结构及砌体结构