《房屋建筑构造》-第十一章　轻型钢结构厂房构造

第一节轻型钢结构厂房的特点与组成一、轻型钢结构厂房的特点轻型钢结构是在普通钢结构的基础上发展起来的一种新型结构形式，其包括所有轻型屋面下采用的钢结构。轻型钢结构厂房是一种以轻钢为骨架，以轻质复合板材为围护材料，以标准模数系列进行空间组合，构件采用螺栓及焊接工艺连接，是全新概念的环保经济型厂房。轻型钢结构厂房全部采用干作业施工，不受环境季节影响，具有较好的经济指标。轻型钢结构不仅自重轻、钢材用量省、安装工业化程度高，施工速度快，而且其抗风、抗震、节能效果好，所有材料均为绿色建材，满足生态环境要求，可１００％回收，真正做到绿色无污染。下一页返回第一节轻型钢结构厂房的特点与组成二、轻型钢结构厂房的组成轻型钢结构厂房（图１１-１）包括以下组成部分：（１）主结构：横向刚架、楼面梁、托梁、支撑体系等。（２）次结构：屋面檩条、墙面檩条等。（３）围护结构：屋面板、墙板。（４）辅助结构：楼梯、平台、扶手栏杆等。（５）基础：基础、基础梁。上一页下一页返回第一节轻型钢结构厂房的特点与组成单层轻型钢结构厂房一般采用门式刚架（或屋架、网架）、支撑体系作为主要受力骨架，其上设置檩条，铺设屋面板，其下设置基础，刚架柱外侧设有墙面檩条，用于固定墙板，柱内侧可设吊车梁。外部荷载直接作用于围护结构上，其中，竖向和横向荷载通过次结构传递到主结构的横向门式刚架上，依靠门式刚架的自身强度和刚度抵抗外部作用。纵向风荷载通过屋面和墙面支撑传递到基础上。上一页返回第二节门式刚架门式刚架轻型房屋（图１１-２）钢结构属轻型钢结构的一个分枝，门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国，经历了近百年的发展，目前，已成为设计、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。其广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。一、门式刚架的形式及特点（一）门式刚架的形式门式刚架（图１１-３）为一种传统的结构体系。其常用的形式有单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架（根据需要可带挑檐或毗屋）（图１１-４）。根据通风、采光的需要，这种刚架厂房可设置通风口、采光带和天窗架等。我国最大单跨刚架的跨度已达到７２ｍ。下一页返回第二节门式刚架（二）门式刚架的特点（１）采用轻型屋面，不仅可减小梁柱截面尺寸，基础也相应减小。（２）在多跨建筑中可做成一个屋脊的大双坡屋面，为长坡面排水创造了条件。设中间柱可减少横梁的跨度，从而降低造价。（３）刚架的侧向刚度借檩条的隅撑保证，省去纵向刚性构件，并减小翼缘宽度。（４）刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比；变截面时根据需要可改变腹板的高度和厚度及翼缘的宽度，做到材尽其用。（５）刚架的腹板可按有效宽度设计，即允许部分腹板失稳，并可利用其屈曲后强度，减少腹板厚度。上一页下一页返回第二节门式刚架（６）竖向荷载通常是设计的控制荷载，但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视。在轻型屋面门式刚架中，地震作用一般不起控制作用。（７）支撑可做得较轻便。可将其直接或用水平节点板连接在腹板上，也可采用张紧的圆钢。（８）结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓相连，安装方便快速，土建施工量小。上一页下一页返回第二节门式刚架二、门式刚架节点的构造门式刚架的主刚架由边柱、刚架梁、中柱等构件组成。边柱和梁通常根据门式刚架弯矩包络图的形状制作成变截面，以达到节约材料的目的。根据门式刚架横向平面承载、纵向支撑提供平面外稳定的特点，要求边柱和梁在横向平面内具有较大的刚度，一般采用焊接Ｈ形截面钢。中柱以承受轴向压力为主，通常采用强弱轴惯性矩相差不大的宽翼缘工字钢、矩形钢管或圆管截面。刚架的主要构件运输到现场后通过高强度螺栓节点相连（图１１-５）。上一页下一页返回第二节门式刚架（一）横梁和柱连接及横梁拼接门式刚架横梁与柱的连接，可采用端板竖放［图１１-６（ａ）］、端板斜放［图１１-６（ｂ）］和端板平放［图１１-６（ｃ）］。横梁拼接时宜使端板与构件外缘垂直［图１１-６（ｄ）］。（二）刚架柱脚连接构造刚架柱脚连接宜采用平板式铰接柱脚［图１１-７（ａ）、（ｂ）］。当有必要时，也可以采用刚接柱脚［图１１-７（ｃ）、（ｄ）］。铰接柱脚一般采用两个锚栓，以保证其充分转动，但有时考虑锚栓质量问题，若一个锚栓质量不保证，会对整个结构受力产生较大影响，所以为安全起见，也可布置四个锚栓，但锚栓尽量接近，以保证柱脚转动。刚接柱脚一般采用四个或四个以上锚栓连接。上一页下一页返回第二节门式刚架能抵抗弯矩作用的柱脚称为刚接柱脚（图１１-８），反不能抵抗弯矩作用的柱脚称为铰接柱脚（图１１-９），刚接与铰接的区别在于是否能传递弯矩，在实际工程中，绝对刚接或绝对铰接都是不可能的，确切地说应该是一种半刚接半铰接状态。（三）牛腿节点构造牛腿通过焊接或螺栓与柱连接（图１１-１０），牛腿节点的构造如图１１-１１所示。上一页返回第三节檩条一、檩条的形式钢檩条（图１１-１２）是用冷弯薄壁型钢在室内温度下成型的，适用于钢结构工程的屋面和墙梁等部位。檩条宜优先采用实腹式构件，也可采用空腹式或格构式构件。檩条一般为单跨简支构件，实腹式檩条也可以是连续构件。（一）实腹式檩条实腹式檩条的截面形式如图１１-１３所示。（１）槽钢檩条分普通槽钢檩条和轻型槽钢檩条两种。普通槽钢檩条［图１１-１３（ａ）］，因型材的厚度较厚，强度不能充分发挥，用钢量较大。轻型槽钢檩条虽比普通槽钢檩条有所改进，但仍不够理想。下一页返回第三节檩条（２）高频焊接轻型Ｈ型钢檩条是引进国外先进技术生产的一种轻型型钢［图１１-１３（ｂ）］，具有腹板薄、抗弯刚度好、两主轴方向的惯性矩比较接近，以及翼缘板平直易于连接等优点。（３）卷边槽形冷弯薄壁型钢檩条（又称Ｃ形钢），经热卷板冷弯加工而成，壁薄自重轻，截面性能优良，强度高，应用普遍，用钢量省，制造和安装方便［图１１-１３（ｃ）］。广泛用于钢结构建筑的檩条、墙梁，也可以自行组合成轻量型屋架、托架等建筑构件。（４）卷边Ｚ形冷弯薄壁型钢檩条（又称Ｚ形钢）。分直卷边Ｚ形［图１１-１３（ｄ）］和斜卷边Ｚ形［图１１-１３（ｅ）］。其的主平面狓轴的刚度大，用作檩条时挠度小，用钢量省，安装特别方便、快捷。上一页下一页返回第三节檩条（二）空腹式檩条由角钢的上、下弦和缀板焊接组成，其主要特点是用钢量较少，能合理地利用小角钢和薄钢板，因缀板间距较密，拼装和焊接的工作量较大，故应用较少。（三）格构式檩条格构式檩条（图１１-１４）可采用平面桁架式、空间桁架式及下撑式檩条。二、檩条的连接构造（一）檩条在屋架（刚架）上的布置和搁置（１）为使屋架上弦杆不产生弯矩，檩条宜位于屋架上弦节点处。当采用内天沟时，边檩应尽量靠近天沟。上一页下一页返回第三节檩条（２）实腹式檩条的截面均宜垂直于屋面坡面。对槽钢和Ｚ形钢檀条，宜将上翼缘肢尖（或卷边）朝向屋脊方向，以减小屋面荷载偏心而引起的扭矩（图１１-１５）。（３）桁架式檩条的上弦杆宜垂直于屋架上弦杆，而腹杆和下弦杆宜垂直于地面。（４）脊檩方案：实腹式檩条应采用双檩方案（图１１-１５、图１１-１６），屋脊檩条可用槽钢、角钢或圆钢相连。桁架式檩条在屋脊处采用单檩方案时，虽用钢量较省，但檩条型号增多，构造复杂，故一般以采用双檩为宜。上一页下一页返回第三节檩条（５）实腹式檩条与刚架的连接处可设置角钢檩托，以防止檩条在支座处的扭转变形和倾覆，檩条端部与檩托的连接螺栓不应少于两个，并沿檩条高度方向设置。螺栓直径根据檩条的截面大小，取Ｍ１２～Ｍ１６。桁架式檩条一般用螺栓直接与屋架上弦连接。（６）每隔一根檩条需要设置隅撑与刚架梁连接。（７）屋面檩条高度一般为１４０～２５０ｍｍ，厚度为１．４～２．５ｍｍ。大多数檩条表面涂层采用防锈底漆，也有采用镀铝或镀锌的防腐措施。（二）檩条与屋面的连接檩条与屋面应可靠连接，以保证屋面能起阻止檩条侧向失稳和扭转的作用，这对一般不需验算整体稳定性的实腹式檩条尤为重要。檩条与压型钢板屋面的连接，宜采用带橡胶垫圈的自攻螺钉。上一页下一页返回第三节檩条（三）檩条的拉杆和撑杆提高檩条稳定性的重要构造措施是采用拉条或撑杆（图１１-１７）从檐口一端通常连接到另一端，连接每一根檩条。檩条的侧向支撑不宜太少，根据檩条的跨度不同，可以在檩条中央设一道或者在檩条中央及四等分点处各设一道共三道拉条。一般情况下檩条上翼缘受压，所以拉条设置在檩条上翼缘１／３高的腹板范围内。拉条和撑杆的布置参见图１１-１８，互相之间采用螺栓连接。上一页返回第四节压型钢板的外墙及屋面压型钢板是目前墙面和轻型屋面有檩体系中应用最广泛的屋面材料，采用热镀锌钢板或彩色镀锌钢板，经辊压冷弯成各种波形。其特点是质量轻，强度高、式样美观、工业化程度高，施工速度快，经济效益显著。一、压型钢板的外墙（一）外墙材料１.压型钢板压型钢板按材料的热工性能可分为非保温的单层压型钢板和保温复合型压型钢板（图１１-１９）。非保温的单层压型钢板目前使用较多的为彩色涂层镀锌钢板，一般为０．４～１．６ｍｍ厚波形板。彩色涂层镀锌钢板具有较高的耐温性和耐腐蚀性，一般使用寿命可达２０年左右。下一页返回第四节压型钢板的外墙及屋面复合保温压型钢板通常做法有两种，一种是施工时在内外两层钢板中填充板状的保温材料，如聚苯乙烯泡沫板等；另一种是利用成品材料（工厂生产的具有保温性能的墙板）直接施工安装，其材料是在两层压型钢板中填充发泡型保温材料，利用保温材料自身凝固使两层压型钢板结合在一起形成的复合式保温外墙板。压型钢板常见的板型及部分连接件详见表１１-１。２.太空板太空板是以高强水泥发泡工艺制成的人工轻石为芯材，以玻璃纤维网增强的上、下水泥面层及钢（或混凝土）边肋复合而成的新型轻质墙面，具有刚度好、强度高、延性好等优点，有良好的结构性能和工程应用前景。上一页下一页返回第四节压型钢板的外墙及屋面（二）外墙构造钢结构厂房的外墙，一般采用下部为砌体（一般高度不超过１．２ｍ），上部为压型钢板墙体，或全部采用压型钢板墙体的构造形式。当抗震烈度为７度、８度时，不宜采用柱间嵌砌砖墙；９度时，宜采用与柱子柔性连接的压型钢板墙体。压型钢板外墙构造力求简单、施工方便、与墙梁连接可靠、转角等细部构造应有足够的搭接长度，以保证防水效果。图１１-２０和图１１-２１所示分别为非保温型（单层板）和保温型外墙压型钢板墙梁、墙板及包角板的构造图。图１１-２２所示为窗侧、窗顶、窗台包角构造。图１１-２３所示为山墙与屋面处泛水构造。图１１-２４所示为压型钢板与砖墙节点构造。上一页下一页返回第四节压型钢板的外墙及屋面（三）围护结构（外墙、屋面板）保温寒冷和严寒地区冷加工车间冬季室内温度较低，对生产工人身体健康不利，一般应考虑采暖要求。为节约能源，不使围护结构（外墙、屋面、外门窗）流失的热量过多，外墙、屋面及门窗应采取保温措施。二、压型钢板的屋面厂房屋顶应满足防水、保温隔热等基本围护要求。同时，根据厂房需要应设置天窗解决厂房采光问题。钢结构厂房屋面采用压型钢板有檩体系，即在刚架斜梁上设置Ｃ形或Ｚ形冷轧薄壁钢檩条，再铺设压型钢板屋面。彩色压型钢板屋面施工速度快、质量轻，表面带有色彩涂层，防锈、耐腐、美观，并可根据需要设置保温、隔热、防结露涂层等，适应性较强。上一页下一页返回第四节压型钢板的外墙及屋面（一）屋面构造压型钢板屋面构造做法与墙体做法有相似之处。需要解决压型钢板与檩条的连接方式，即用自攻螺钉进行檩条和压型钢板的连接。另外，由于彩钢屋面的特殊构造，两块方形板拼接的位置将存在空隙，此处需要用填充材料进行处理，并且进行防水、保温封堵。图１１-２５所示为压型钢板屋面及檐沟构造；图１１-２６所示为屋脊节点构造；图１１-２７所示为双层板屋面构造。屋面采光一般采用平天窗，其构造简单，但要保证天窗采光板与屋面板相接处防水处理可靠。图１１-２８所示为天窗采光带构造；图１１-２９所示为屋面变形缝构造。上一页下一页返回第四节压型钢板的外墙及屋面（二）檐口构造在轻钢工业厂房屋面的檐口部位，需用角钢进行处理。以防止墙面板板顶以及屋面板的变形，保证施工质量。图１１-３０所示为檐沟构造；图１１-３１所示为屋面挑檐构造；图１１-３２所示为内天沟构造；图１１-３３所示为屋面成品挑檐沟安装成品。（三）屋面隅撑安装构造图１１-３４所示为屋面隅撑安装节点详图。其中，狋表示钢板厚度；５０×５０中，是型钢标识，表示角