实际在工业中运输的主要车间通常是单层的。这些车间具有大跨度,高支柱,并且由于高温,大多数设计类型属于钢结构,接下来小编简单介绍一篇优秀钢结构工业论文。
一、钢结构单层厂房的特点
单层厂房的钢结构具有以下几个特点。
第一,单层厂房钢结构的维护结构具有比较轻的特点,大多数采用的是彩色的压型钢板或者是铝合金压型板。
第二,一般情况下,单层厂房在面积上要大于或者等于10万cm2。同时这样的厂房都具有较大跨距、一定高度的空间以及很高的发热量。总体而言,这种类型的厂房在结构构件上要趋于大型化一些。
第三,单层厂房钢结构的柱距在一般情况下应该为12 m 或者是 12 m 以上,这样的柱距才与经济柱距的要求相符合。合适的柱距有利于在后期进行工艺技术方面的改进。
第四,在现在的单层厂房建设中已经开始使用从外国引进的轧制H还有T型钢等材料。具体代表就是上海的宝钢,它们使用这些引进钢材的比率已经达到了50%左右。
第五,单层厂房钢结构主要采用焊接连接的方式,当然在厂房所在地的现场要根据具体的情况,或者采用强度比较大的螺栓或者采用焊接。在宝钢厂房建设中,平均每吨的钢结构大约需要 20 个强度较高的螺栓。
二、钢结构单层厂房设计中应注意的几个问题
(一)厂房基础设计中应注意的问题
1、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fk≤150kPa,吊车起重量大于75t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pmin/pmax ≥0.25,(e≤b/10)。
(2)对一般带吊车厂房柱基要求pmin≥0,(e≤b/6)即不出现基础底面与地基脱离的情况。
2、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。但这样一来基础的弯矩较大,厂房边列柱柱底轴力小而弯矩较大,偏心距较大,一般在1.0~1.5m左右,甚至更大。根据以上分析按常规设计,柱下独立基础长度有时会达到6m以上,在工程中是很难接受的,设计中可通过以下办法解决:
(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1.0~1.5m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。
(2)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。
(二)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。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。
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 mm,这比钢结构规范16d放松了不少,所以当吊车起重量较大、超出轻钢规程时,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。
(三)支撑系统的布置
这里所说的支撑系统是指钢结构厂房的屋盖支撑以及它的柱间支撑。它所具有的作用主要表现在以下几个方面。
1、可以保证厂房钢结构在安装和使用中的整体稳定性,让每一个相对独立的建筑物构成一个比较稳定的空间体系。
2、可以提高整个结构的刚度,形成厂房骨架空间。
3、可以承担并且传递水平力,使其传达到柱基处。
4、避免压杆产生侧向失稳,阻止压杆发生过大的震动。
对大型厂房进行设计的原则是:(1)应该将屋盖系统在水平上的支撑设计成封闭型;(2)房柱之间的距离越大,整个支撑体系的刚度也应该有所提高;(3)支撑的传力途径应该明确简短而又具有可靠性;(4)杆件自身的刚度应该随着吊车的工作量的加大而有所增加;(5)在地震区域要加强支撑布置,特别要注意屋架的水平支撑以及柱间支撑,同时要加强节点的连接强度。
(四)柱子系统
柱子与厂房骨架的各个主要的构件相连接,它们的关系十分复杂。同时整个厂房建筑的面积和横向的刚度与柱截面的高度密切相关。所以柱子设计得是不是合理关系到整个厂房建筑的合理与否。在进行厂房建设的过程中我们应该注意以下几个问题:
1、正确地分析排架同时选取合适的柱截面
在对排架的计算图进行确定时,一定要考虑排架的沉降量,明确它的跨数还有厂房的刚度以及具体的施工要求等。在过去,我国多应用钢接排架,并且上段柱和下段柱在延刚度上的比值偏大,这样的设计有利于下段柱减少弯矩。下段柱的截面高度比较小,厂房面积应该做相应的调整。柱截面积翼缘厚度一般情况下在 16~30 mm 之间,腹板厚度在12~20mm 之间。大型厂房的柱肢翼缘已经达到了50mm。
2、确定厂房的横向刚度值
根据我国厂房建设的规范要求,房柱在标高处的水平位移有具体的限值。在西方国家的厂房建设中并未对其做任何规定,各设计部门是凭借设计经验来确定刚度值的,所以在最后的设计结果上会有一些差异。
(五)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足而产生破坏。
当墙面开窗时,应在窗洞下设斜拉条及撑杆,把窗下侧的力传至刚架。有时当墙面很高时,仅在墙顶面处设置斜拉条及撑杆就不一定能满足要求,应在墙面一定高度处增设撑杆及斜拉条,可将一部分力传至相邻的刚架柱上。对于墙板,特别是单侧挂板的墙面,宜设置双拉条,外侧拉条的作用作为墙板在竖向自重下的墙梁支撑点,里侧拉条可作为墙梁在水平风荷载下受压翼缘的侧向支点,以提高墙梁在风荷载作用下的整体稳定性。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。
参考文献:
[1]陈利英.浅论工业厂房钢结构设计[J].建筑知识:学术刊,2012.10.
[2]刘震.工业厂房钢结构设计体会[J].中国科技信息,2012.11.
阅读期刊:建筑钢结构进展
《建筑钢结构进展》Progress in Steel Building Structures(双月刊)曾用刊名:建筑钢结构进展与市场,1999年创刊,以实用和新颖的技术内容为特色,以国内外建筑钢结构领域的最新研究和工程应用为重点,主要刊登轻型建筑钢结构、多高层民用与工业建筑钢结构、单层工业建筑钢结构和大跨度建筑钢结构的计算理论、实用设计方法、计算机辅助设计技术、制作与安装工艺。