談?shì)p鋼結(jié)構(gòu)單層廠房的設(shè)計(jì)

1、<p>　　談?shì)p鋼結(jié)構(gòu)單層廠房的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，重視輕鋼結(jié)構(gòu)單層廠房的設(shè)計(jì)對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活具有重要的意義。本文主要介紹輕鋼結(jié)構(gòu)單層廠房的設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容。 </p><p>　　關(guān)鍵詞 ：輕鋼結(jié)構(gòu)；單層廠房；設(shè)計(jì)； </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><

2、p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域起到了舉足輕重的作用，扮演著越來越重要的角色，無論在工業(yè)還是民用建筑中，鋼結(jié)構(gòu)以其突出的特點(diǎn)迅速地占領(lǐng)著越來越廣的市場(chǎng)。其特點(diǎn)有：其整體剛度和抗震性能好、施工速度快、自重輕、承載力高，在大跨度及超高層建筑中代替了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但也存在著防火性能差、易腐蝕等缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中根據(jù)其特點(diǎn)揚(yáng)長(zhǎng)避短才能更

3、好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的作用。 </p><p>　　一、鋼結(jié)構(gòu)廠房空間結(jié)構(gòu)解析 </p><p>　　為了使本論文的鋼結(jié)構(gòu)廠房分析設(shè)計(jì)更具有針對(duì)性和信服力，這里以實(shí)際的煉鋼廠房鋼結(jié)構(gòu)廠房為具體研究對(duì)象進(jìn)行分析討論。由于鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，煉鋼廠就成了一個(gè)重要的生產(chǎn)場(chǎng)所，屬于抗震規(guī)范中的乙類設(shè)防建筑。由于工藝布置的特殊性和生產(chǎn)設(shè)備的需要，煉鋼廠主廠房往往具有質(zhì)量、剛度分布嚴(yán)重不均勻的特點(diǎn)

4、。又基于建設(shè)周期及抗震性能等的綜合考慮，這類廠房大都采用全鋼結(jié)構(gòu)建造。本文中以某設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為50噸的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠為研究對(duì)象。 </p><p>　　由于工藝要求的復(fù)雜性，該廠房由爐渣跨、加料跨、爐子跨、鋼水接收跨、連鑄澆鑄跨、連鑄出坯跨共六跨組成，核心設(shè)備布置在爐子跨中部的塔樓內(nèi)。該轉(zhuǎn)爐煉鋼廠房主要由塔樓、散狀料上料系統(tǒng)、柱子系統(tǒng)、屋蓋系統(tǒng)和吊車梁系統(tǒng)幾大部分組成，各部分的結(jié)構(gòu)大都是由型鋼和鋼板焊接或螺栓連接而成

5、。 </p><p>　　二、輕鋼結(jié)構(gòu)單層廠房設(shè)計(jì)的要點(diǎn) </p><p><b>　　2.1結(jié)構(gòu)體系 </b></p><p>　　1) 門式剛架分為單跨、雙跨、多跨以及帶挑檐的和帶毗屋等多種形式。多跨剛架中柱與剛架梁的連接可采用鉸接。 </p><p>　　2) 輕型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)體系中，屋面常采用有檁體系，檁條

6、間距為1． 5 m，屋面板為壓型鋼板或夾芯板，檁條采用冷彎C 型鋼或高頻焊接薄壁H 型鋼; 外墻采用有墻梁體系，墻梁間距為1.5 m ～ 2.1 m，墻面板為壓型鋼板或夾芯板，墻梁采用冷彎C 型鋼或高頻焊接薄壁H 型鋼。主剛架梁下翼緣和主剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣平面外的穩(wěn)定性，可通過在剛架梁下翼緣和檁條間或剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣和墻梁之間設(shè)置的隅撐來保證。主剛架之間的水平支撐可采用張緊的圓鋼或角鋼。 </p><p>　　3) 根

7、據(jù)跨度、高度和荷載不同，門式剛架的梁柱可采用變截面或等截面實(shí)腹焊接工字鋼或成品H 型鋼截面。單層廠房中當(dāng)設(shè)有橋式起重機(jī)時(shí)，柱截面宜采用等截面構(gòu)件。 </p><p>　　4) 輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房剛架柱基礎(chǔ)，剛架柱柱腳與鋼筋混凝土基礎(chǔ)的連接可按鉸接或剛接，當(dāng)廠房?jī)?nèi)設(shè)有橋式起重機(jī)時(shí)按剛接連接，其他情況按鉸接連接。 </p><p>　　焊接實(shí)腹式工型截面門式剛架承重結(jié)構(gòu)由剛架和基礎(chǔ)兩部分組成。門

8、式剛架承重結(jié)構(gòu)體系的剛架、檁條( 或墻梁) 以及壓型鋼板間通過可靠的連接和支撐相互依托，體系受力更趨向于空間化。 </p><p><b>　　2.2 結(jié)構(gòu)布置 </b></p><p>　　1) 屋面結(jié)構(gòu)平面布置 </p><p>　　單層廠房輕剛結(jié)構(gòu)房屋伸縮縫的設(shè)置: 當(dāng)房屋縱向長(zhǎng)度不小于300 m，橫向長(zhǎng)度不小于150 m 時(shí)需要設(shè)置溫度

9、伸縮縫。溫度伸縮縫的做法有兩種: 檁條連接處的螺栓孔采用橢圓孔或設(shè)置雙排柱，使結(jié)構(gòu)有足夠的伸縮空間; 吊車梁與柱的連接處宜采用橢圓孔。 </p><p>　　屋面檁條的布置，應(yīng)考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶等因素的影響，屋面壓型鋼板厚度和檁條間距應(yīng)按計(jì)算確定。 </p><p><b>　　2)墻面墻梁布置 </b></p><p>　　單層廠房輕

10、剛結(jié)構(gòu)房屋墻面墻梁的布置，應(yīng)根據(jù)門窗的位置、大小確定墻梁的位置，另外設(shè)有挑檐、雨篷時(shí)還應(yīng)增設(shè)墻梁等構(gòu)件，墻梁的規(guī)格尺寸應(yīng)由計(jì)算確定，同時(shí)還應(yīng)考慮墻面板的規(guī)格，考慮到廠房的美觀，一般墻面梁設(shè)在主剛架柱的外側(cè)。 </p><p><b>　　3) 支撐布置 </b></p><p>　　橫向水平支撐和豎向柱間支撐可提高剛架的整體剛度，并能承擔(dān)和傳遞水平力，防止桿件產(chǎn)生過大

11、的振動(dòng)，避免壓桿的側(cè)向失穩(wěn)，可保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定。 </p><p>　　當(dāng)設(shè)有溫度伸縮縫時(shí)，在每個(gè)溫度伸縮單元應(yīng)分別同時(shí)設(shè)置橫向水平支撐和豎向柱間支撐以形成幾何不變、穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)體系。 </p><p>　　橫向水平支撐一般設(shè)置在溫度伸縮單元兩端第一開間剛架梁上翼緣，在水平支撐交叉的節(jié)點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置剛性系桿。橫向水平支撐的間距不大于45 m。橫向水平支撐既可以采用十字交叉圓鋼，又可以采用

12、雙角鋼作支撐。 </p><p>　　當(dāng)溫度伸縮單元長(zhǎng)度不超過90 m 時(shí)，在溫度伸縮單元兩端第一開間的上柱處設(shè)置上柱柱間支撐，在溫度伸縮單元中間的柱開間內(nèi)分別設(shè)置上下柱柱間支撐。上柱柱間支撐為單片角鋼，連接在柱腹板的中間，下柱柱間支撐為雙片角鋼，連接在下柱兩側(cè)翼緣。值得注意的是在溫度伸縮單元的端部不設(shè)下柱柱間支撐。 </p><p>　　在剛架轉(zhuǎn)折處應(yīng)沿房屋全長(zhǎng)設(shè)置剛性系桿。 </

13、p><p>　　三、輕鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì) </p><p>　　3.1 主要承重構(gòu)件( 剛架) 內(nèi)力計(jì)算方法 </p><p>　　剛架的內(nèi)力計(jì)算方法分彈性分析和塑性分析方法，變截面門式剛架通常采用彈性分析方法，等截面門式剛架通常采用塑性分析方法，同時(shí)還應(yīng)滿足現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求。 </p><p>　　3.2 門式剛架位移( 側(cè)

14、移) 計(jì)算 </p><p>　　當(dāng)屋面坡度不大于1 ∶ 5 時(shí)，柱頂在水平力H 作用下的位移( 側(cè)移) u，可按下列公式計(jì)算: </p><p><b>　　柱腳鉸接剛架: </b></p><p><b>　　柱腳剛接剛架: </b></p><p>　　其中，h，L 分別為剛接柱高度和剛架跨度

15、; Ic，Ib分別為柱和橫梁的平均慣性矩; H 為剛架柱頂?shù)刃搅? ζt為剛架柱與剛架梁的線剛度比。 </p><p>　　3.3 構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算 </p><p>　　工型截面受彎構(gòu)件在剪力、彎矩共同作用時(shí)，強(qiáng)度按下式進(jìn)行計(jì)算: </p><p><b>　　當(dāng) </b></p><p>　　當(dāng)截面為雙軸對(duì)稱時(shí): &

16、lt;/p><p>　　其中，Mf為兩翼緣所承擔(dān)的彎矩; Me為構(gòu)件有效截面所承擔(dān)的彎矩，Me = We f，We為構(gòu)件有效截面最大受壓纖維的截面模量;Af為構(gòu)件翼緣的截面面積; Vd為腹板抗剪承載力設(shè)計(jì)值，Vd =hw tw fv '。 </p><p>　　3.4 構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算 </p><p>　　軸心受壓構(gòu)件( 工型截面) 局部穩(wěn)定計(jì)算: </p&

17、gt;<p><b>　　受壓翼緣: </b></p><p><b>　　腹板: </b></p><p>　　其中，b 為受壓翼緣自由外伸寬度; t 為受壓翼緣的厚度; fy為鋼材屈服強(qiáng)度; hw為腹板的計(jì)算高度; tw為腹板的厚度。 </p><p>　　3.5剛架柱基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) </p>

18、<p>　　3.5.1基礎(chǔ)形式 </p><p>　　門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)常用的基礎(chǔ)形式有: </p><p>　　1) 鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，一般用于地基承載力比較大，土質(zhì)比較均勻的情況。 </p><p>　　2) 柱下條形基礎(chǔ)多用于加固工程中，在處理新舊建筑物基礎(chǔ)時(shí)，可以避免對(duì)舊建筑物基礎(chǔ)造成不利的影響。 </p><p>　

19、　3) 樁基礎(chǔ)一般用于深基礎(chǔ)，地基回填土較多、持力層較深的情況。 </p><p>　　3.5.2 基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) </p><p>　　1) 輕鋼結(jié)構(gòu)廠房門式剛架柱基礎(chǔ)通過鋼板與鋼筋混凝土基礎(chǔ)之間連接采用鉸接或剛接柱腳。 </p><p>　　2) 柱腳錨栓應(yīng)采用Q235 鋼或Q345 鋼制作。錨栓的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合GB 50007-2002 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定

20、，為抵抗上拔力錨栓端部設(shè)置彎鉤或錨板，錨栓的直徑不小于24 mm，且應(yīng)采用雙螺母或采取防止螺帽松動(dòng)的有效措施; 柱腳錨栓按下柱柱間支撐傳遞的縱向風(fēng)荷載和吊車剎車力或縱向地震作用的上拔力計(jì)算。剛架柱底部的水平力由柱腳底板與鋼筋混凝土基礎(chǔ)頂面之間的摩擦力來承擔(dān)，若還不滿足須設(shè)置槽鋼或角鋼抗剪鍵。計(jì)算柱腳錨栓的受拉承載力時(shí)，應(yīng)采用螺紋處的有效截面面積。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b>

21、;</p><p>　　輕鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、工廠化和商品化程度高、施工周期短、節(jié)能環(huán)保等明顯的優(yōu)點(diǎn)。輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架設(shè)計(jì)在單層工業(yè)廠房中越來越得到人們的青睞，但它畢竟還是一個(gè)新生事物，需要我們?cè)O(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)中不斷的探索、改進(jìn)、回訪中積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而解決在工程設(shè)計(jì)中遇到的新技術(shù)、新問題。新技術(shù)、新材料的應(yīng)用給設(shè)計(jì)人員提供了鍛煉的機(jī)會(huì)，帶來了新的挑戰(zhàn)，只要對(duì)不斷出現(xiàn)的新技術(shù)、新材料、新問題勇于探索、勇于創(chuàng)新，就能攻

22、克難關(guān)，從而使新技術(shù)、新材料得到廣泛應(yīng)用，我們的設(shè)計(jì)水平也會(huì)有較大的提高。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]魏明鐘.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新規(guī)范應(yīng)用講評(píng)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001. </p><p>　　[2]李春祥,黃金枝,金兢.高層鋼結(jié)構(gòu)抗風(fēng)抗震控制若干問題探討[J]. 振動(dòng)與沖擊,2000.