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钢结构厂房设计中应注意哪些要点

来源:www.yngjgjg.com 发布时间:2019年11月05日

  多层钢结构工业厂房特点普通是荷载较重,柱距大,柱网不规则,隔墙少,层高高,结构空旷,且楼面开孔多,厂房内设备的布里对结构影响很大,昆明钢结构加工;因此,在设计初期综合考虑并选择安全经济合理的结构方案极其关健。

1、钢结构的运用优势

  随着近年来钢结构的迅速发展,和普通钢筋混凝土厂房相比,钢结构厂房优势越发突出:

  1)、自重轻,可减轻建筑物质量的30%,特别在地质承载力低和地震烈度较高的地方,其综合经济小于优于钢筋混凝土结构体系。

  2)、布置灵活,开间大,可提高建筑实用面积3%~5%。

  3)、可以工厂化批量生产,施工简单,安装快捷,大大缩短施工周期。

  4)、据研究,多层钢结构体系属于环保型绿色建筑体系,其节能指标可达50%。

  以上特点使钢结构的运用越来越广泛,在多层工业厂房中的应用也日记增多。现在就以一个两层纺织厂房为例谈一些粗浅的看法。

2、工程特点

  该两层钢结构工业厂房,柱网为12m x8.3 m,层高7m,结构空旷,层,基本无隔墙,楼面开孔很多,部分楼层没有铺板,为全房间洞口,楼面活荷载8.0 kpa,部分楼面还需考虑检修设备的堆载。在二层楼面上布置了几台大型设备,比较重,其余楼面上也有很多中小型设备,设备间以管道连接。整个厂房内设备和管道数量众多,楼面上需预留的孔洞相当多,给楼层平面布置造成了很多困难。该厂房柱子的竖向荷载很大,最大的达到3000 kN,柱子全部采用焊接H型钢制作,框架梁与次梁大部分采用轧制H型钢,仅二层支撑大型设备的几根框架梁采用焊接H型钢制作。楼面采用在压型钢板上浇筑混凝土形成的组合楼板。

3、设计中的几个问题

3.1 大型设备的布置

  厂房内大型设备的布置对确定柱网起着决定性的作用,同时也限制了支承梁的翼缘宽度。由于大型设备荷载大,重心高,而支撑点接近设备的底部,位于二层楼面,地震时会产生很大的倾夜力矩,对支承梁的受力非常不利。因此需要在设备的外围设置四根柱子,让四根柱子的中心线与设备的中心线重合,并尽量使支承梁与柱子直接连接成框架梁。这样布置传力直接,对于承受竖向荷载也非常有利口为了支承梁能有效地抵抗扭矩,应将设备的固定螺栓布置在梁腹板外侧,这就要求支承梁的翼缘宽度不能太大,否则无法保证预留洞的尺寸。另外,在输人设备的荷载时,应该考虑由于地震产生的倾覆力矩而增加的荷载。这部分荷载是计算机程序无法考虑的,需要人工加以千预。其他中小型设备也影响着结构布置,必须全面加以考虑。总之,在设计初期应该同工艺设备专业密切配合把柱网确定好。必要时请工艺专业适当调整设备的位置,以满足结构布置的需要。

3.2 结构类型的选择

  对于钢结构工业厂房,通常采用的结构形式有三种。第一种为框架一支撑体系。即横向设计成刚接框架,柱子与框架梁为刚接;纵向设计成柱一支撑体系,柱子与框架梁为铰接,用柱间支撑抵抗水平荷载。第二种为纯框架体系。把厂房纵横两个方向都设计成刚接框架,不设置柱间支撑。第三种结构形式为钢架加支撑的混合体系,在工业厂房中用的也较多。它综合了前两种结构型式的优点.把纵向设计成钢架和支撑混合的型式,仅在厂房外侧设置柱间支撑,靠两者共同抵抗水平力。由于柱间支撑抵抗水平力的效果很好,减少了柱子的纵向弯矩,可采用工字型截面柱,但截面宽度较大。采用这种结构型式,需要有较大的楼层刚度,最好是采用钢筋混凝土楼面,以保证整体空间刚度,否则柱子间的变形不协调,无法充分发挥柱间支撑的作用。本厂房就采用了第三种结构型式,即钢架加支撑的混合体系,为了增加楼层刚度,在厂房的每个楼层内均因地制宜地设置了横向和纵向的水平支撑。

3.3 组合楼板对次梁的影响

  楼层平面梁格的布置主要受设备影响,并受到组合板跨高比限制,以防止板挠度过大而影响正常使用,让人产生不安全感。在考虑组合板对于梁的作用时,因组合板只是覆盖在梁上,对梁没有形成效的侧向支撑,这样应按跨中无侧向支撑的情况来验算梁的平面外稳定。所以,即使是受荷较小的次梁也宜采用平面外稳定性好的轧制H型钢,而不宜采用稳定性很差的普通槽钢。

3.4 结构内力分析的注意事项

  由于计算机技术在工程设计领域的应用,设计手段已经发生变化,应力分析的准确性大大提高,绘制施工图的工作量降低,设计人员可以把大部分的精力投人到制定方案和受力分析中,使设计出的构件经济合理。设计该厂房时,采用了钢结构设计软件STS,配合SATWE程序,完成建立结构模型,输人荷载到空间整体受力分析和杆件截面验算。

  ①在内力分析时主要注意以下几点:网格生成平面简化。由于工业厂房的梁格布置复杂,在应用软件时完全按实际情况建立模型会产生大量的近节点,对分析结果不利。需要采用一些简化手段,但是不能与实际出人太大,否则就失去了计算的价值;

  ②利用柱间支撑简化立面网格。对于柱间支撑的作用,不能简单地看成是一种构造措施,必须把它作为一种受力杆件输人到结构模型中。因为支撑的刚度直接影响着厂房纵向的周期和水平位移,即它对厂房纵向抗侧移刚度的影响很大。柱间支撑对其两侧的柱脚会产生不利影响,在某些荷载组合中,柱脚锚栓会出现上拔力,柱脚剪力也比其他柱脚增加很多;

  ③柱间支撑杆件模型的确定。厂房的柱间支撑多采用剪刀撑。可以设计成拉杆,也可以设计成压杆,根据需要选择。按拉杆设计时程序会给出强度验算不足的提示,这是由于程序无法把支撑处理成单拉杆所致。但是不会产生影响到结构空间受力分析的结果。设计者应该根据杆件的拉力用笔算的方法验算杆件强度,如果柱间支撑设计成压杆,可直接利用程序的验算结果;

  ④弹性楼板模型的确定。程序TSAT-WE采用了更为先进的算法,完全可以抛开楼层约束作用不大的情况采用弹性节点加以处理。本工程设计中由于楼层内设置了水平支撑,可以近似地采用楼层水平刚度无限大的假设,也可采用弹性节点的处理方法,从程序计算的结果来看二者差别不大,说明楼层内水平支撑的效果较好,可以协调住的变形。

3.5 节点设计

  节点设计的原则首先是安全,其次是经济,并且应该与施工安装水平相一致。在厂房中最重要的节点是框架与柱的连接节点。按连接的转动刚度和连接构造之间的关系划分为刚性连接,柔性连接和半刚性连接。目前用的最多的节点是刚性连接和柔性连接,半刚性连接使用的较少。对于节点的安全性。通常包含强度和延性两个方面。延性好的节点在地震作用下的变形能力强,不会发生脆性破坏,是一种理想的节点形式。半刚性连接节点,尚没有适当的计算模型应用受到了限制。柔性连接能传递轴力、剪力和很小的弯矩,可以近似看成是铰接。刚性连接节点大体上有三种类型:全焊接连接、栓焊混合连接和全螺栓连接。全焊接连接的节点,梁的翼缘和腹板全部采用焊缝连接在柱子上。通常情况下,翼缘必须采用开剖口的熔透焊缝连接,腹板可以采用开剖口的熔透焊缝.也可以采用角焊缝连接。这种节点的优点是强度高,节省材料,成本低,缺点是现场焊接量大,高空施焊条件不好时对质量影响较大;栓焊混合连接节点的翼缘采用熔透焊缝连接,腹板采用高强螺栓连接。这种节点与全焊接节点的特性相似,缺点是前期制作量较大,用的材料较多,成本较高;全螺栓连接节点梁的翼缘和腹板全部采用高强螺栓连接。这种节点延性好,适用工业化生产,现场焊接少,缺点是成本高,前期制作量大。目前这种节点在框架中用的不多。

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