浅析轻钢结构在工业厂房设计中的应用

1、浅析轻钢结构在工业厂房设计中的应用摘要：轻型钢结构不但屋面荷载较轻,杆件截面较小、较薄,而且钢结构的自重较轻、材质均匀、应力计算准确可靠、加工制造简单、工业化程度高、运输安装方便等特点外，以使其逐渐被广泛应用于工业厂房当中。关键词：轻钢结构；工业厂房；设计；应用中图分类号：TU319文献标识码：A文章编号：1如何做好钢结构的设计1.1荷载取值准确严格按规范办事，屋面结构竖向均布活荷载的标准值（按水平投影面积计算）应取0.5kN/m2。门式刚架技术规程规定，不上人屋面的活荷载为0.5kN/m2，同时当构件的荷载面积大于60m2时可乘折减系数0.6，取0.3kN/m2，与钢结构设计规范的解释一致。

2、但近两年，我国大部分地区常出现强降雪天气，导致很多加油站、场馆倒塌。因而，施工人员一方面要考虑投影面积大于60m2的荷载折减，另一方面还要根据当地的雪荷载情况取其中的最大值，以确保建筑安全。1.2节点的处理强柱弱梁是设计要遵循的原则，同时，强节点弱构件也是必不可少的设计准则。很多情况下，构件满足设计要求，节点却不能满足抗震要求，因此，加强节点域设计是要重点考虑的问题。1.3抗剪键的设置在地震作用下，厂房的纵向水平力和横向水平力很大。超出了柱脚螺栓承受的能力，这个时候柱脚底板剪力验算不满足，需要设抗剪连接件。门式刚架轻型房屋钢结构技术规程柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由底板

3、与混凝土基础间的摩擦力（摩擦系数可取0.4）或设置抗剪键承受。规范的意思是：水平力由摩擦力承受，或者由抗剪键承受，注意是“或设置抗剪键承受”，不是“和设置抗剪键承受”。2轻型钢结构设计的应用2.1门式刚架门式刚架轻钢结构能有效地利用材料,构件尺寸小,重量轻,而且可以在工厂批量生产,保证质量,工地连接简便迅速,施工周期短。2.2屋盖系统在屋盖系统的设计中,充分利用这些材料“轻质高强”的特点,采用钢网架,轻钢结构等新技术,减轻了屋盖系统的自重,同时也大大减轻了柱网的荷载。2.3墙面系统采用压型钢板作围护结构,其墙面檩条最好采用冷弯薄壁型钢而少用槽钢,因为冷弯薄壁型钢比槽钢节约材料,受力性能好而且与

4、压型板的连接简单,方便。墙面用冷弯薄壁型钢时,施工快且美观。而用槽钢做墙面檩条时,因为槽钢壁厚,在现场施工速度慢且墙面也不美观。3钢结构厂房基础设计特点对于钢结构厂房铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，由于没有附加弯矩引起的偏心距e的作用，设计相对比较简单;而对于刚接柱脚，基础则要受附加弯矩及钢柱柱底水平力引起的偏心荷载共同作用(见图1)，偏心距为:e=(M+Vh)/(N+G)（1）图1刚接柱脚基础受力对于网架结构厂房来说，以下因素也往往决定了基础的受力特点:大跨度拱形网壳结构，使自身支座处水平推力较大，甚至比竖向反力还大，这时由水平力引起的水平位移将难以控制;大跨度平板网架结构，由于自身挠度引起

5、支座处的水平反力也比较大，这时传递到基底的弯矩也比较大，从而使基础偏心距e较大。4基础形式的选择对于有吊车的工业厂房结构通常采用刚性柱脚。该柱脚形式可以提高厂房的整体刚度，从而减少侧移。但这样一来，基础一般有较大的弯矩。这个问题在门式刚架轻型钢结构体系中尤为明显。由于自重轻，水平荷载与竖向荷载比值较大，在风荷载及吊车的共同作用下，厂房边列柱柱底荷载偏心距较大。根据笔者的工程设计经验，偏心距一般在1.0m左右，有时甚至达到15m20m。根据以上分析，按常规的单独基础设计，基础的宽度将达到6m12m，这在实际工程中是难以接受的。通过研究分析，我们认为可以采用以下方法加以解决。4.1增加基础压重G根

6、据式(1)，在柱脚内力(M，V，N)和基础形式(b，h)已确定的情况下，增加基础压重G是减少e的较好措施，实际工程中通常有两种方法可以操作:厂房设底部加重墙:一般为粘土砖，并使其重量通过基础梁传到基础上。设墙高为Hw(一般为基础顶面至窗台的高度)，厚为Dw，柱距为Hw，砖墙的重度为yw，则每个基础因此而增加的重力为G=HwLwDw/2。一般Lw=6m9m，Dw=370mm540mm，Hw=20m30m，yw20kN/m3，可得G=50kN150kN，而N值的数量级在100kN1000kN范围内变化。可见，若能充分利用围护墙重，不失为减少基础偏心距的好办法。但此法往往受墙体材料、墙高及建筑要求的

7、限制。增加基础埋深:增加基础埋深对基础设计来说变化有两个:a考虑深度修正后的地基承载力设计值增大，但这对受偏心距控制的基础来说无关紧要;b基础底面以上压重G增大，这对降低偏心距e来说是有利的。4.2采用偏心基础此方法只适用于偏心距e较小的情况，其原理就是使基础本身受力偏心，相当于针对较大的M增加一个反向的弯矩M=Ne，使基础满足设计要求。偏心基础受力图见图2。此种基础形式在工程中较少采用，一般若吊车吨位不太大，可以考虑采用柱下偏心基础的形式。但此时为保证基础不致过分倾斜，基础和基底土接触不脱离，基础底面偏心距必须满足:e1=(Mmax+V1hN1e)/(N1+G1)b/6(2)e2=(Mmin

8、+V2h+N2e)/(N2+G2)b/6(3)pmax12。其中，Mmax，Mmin分别为单向计算水平荷载时，边柱柱脚处的最大和最小弯矩值;N，V，G分别为相应的轴力、剪力和压重。偏心基础一般可以减少基础尺寸，但对于大吨位和重级工作制吊车，该方法应谨慎使用。4.3采用重力式挡土墙基础这种方法适用于跨度较大的拱形钢网架基础，因为拱形结构造成水平推力较大，这时水平推力甚至远大于结构竖向力，采用一般的常规基础很难满足设计要求，此时采用这种基础利用基础背后的被动土压力来抵消部分水平力，同时将基础设计成楔形基础，使基础地面的法线与上部结构的传力方向保持一致，使基础实际处于轴向受力状态，从而简化了基础设计

9、。5支撑设计与构造5.1屋盖支撑规范第9.1.20条规定,屋盖支撑杆件宜用型钢,目前多数采用圆钢,甚至在8度地震区也有用圆钢的,必须引起高度重视。由于人们对震害的感受不深,认为地震发生的概率很小,因此重视不够。尽管屋盖支撑在规范中并无严格的间距布置和长细比构造要求,但其截面宜符合用型钢的构造要求。结合我国地震分布广泛的实际情况,屋盖支撑一律采用圆钢未免过于极端,根据现有的经验,作者建议8度地震区应用型钢截面,7度及7度以下视刚架跨度和荷载大小可考虑是否一律采用型钢。5.2柱间支撑与以上的屋盖支撑相同,工程中采用圆钢的也不少。由于柱间支撑为抗震中的主要受力构件,它不仅要经抗震计算确定其构件截面,

10、还必须满足不同烈度的长细比构造要求,比屋盖支撑有更高的要求,作者认为不小于7度抗震区宜用型钢,同时柱间支撑必须符合规范的相关规定,并经纵向抗震计算确定杆件截面。5.3吊车梁设计关于吊车梁制动桁架的设置,吊车吨位在20t以下和跨度在24m以内的轻钢厂房一般可不设制动桁架,在规程(九)中规定轻钢厂房只能设中、轻级工作制桥式吊车,超重量不大于20t。只要满足吊车梁的强度和变形以及构造要求,在横向水平刹车力的作用下就能满足吊车梁的侧向稳定,当有必要时可适当加大吊车梁上翼缘的宽度,以保证其稳定性。不设吊车制动桁架还可减少制造和安装工作量,降低造价。吊车梁端部设计有平板式和突缘式。实际上突缘式用的较多,现在钢柱用的较多,平板式支座合力点不在腹板位置,柱牛腿要增加加劲肋;吊车吨位大的话还须考虑一个柱距有吊车一个柱距无吊车情况下,平板式支座合点偏心而产生沿厂房纵向弯矩对柱的作用。结语：由于社会经济的发展和技术进步,在轻工业厂房的设计中,轻钢结构已经成为一种重要的结构形式,它具有自重轻、造价低、施工周期短、工厂化程度高、现场工作量小、综合效益高等优点,因此在现代结构中将得到更广泛的应用。参考文献:1GB50007-2011，建筑