浅析复杂钢结构厂房的结构设计

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摘要：近几年来，我国的工程设计技术取得了举世瞩目的成绩，有了很大的提高。其中对钢结构厂房的设计更是取得了重大突破，日臻完善。由于钢结构的稳定性能好，施工快捷方便，抗压强度高的优点，越来越受到企业和公司的信赖，应用范围越来越广泛。本为主要探讨复杂钢结构厂房的结构设计，对一些设计的一般要求和应注意的问题进行简单的分析和讨论。希冀为相关人员提供资料。

关键词：钢结构厂房，结构设计。

Abstract: in recent years, China's engineering design technology has achieved remarkable results, had the very big enhancement. Among the steel structure workshop design is made a major breakthrough, better and better. As the steel structure of the stable performance is good, construction is convenient, the advantage of high compressive strength, more and more get the trust of enterprises and companies, is widely used. This is mainly discusses complex steel structure plant structure design, the design of some of the general requirements and problems of simple analysis and discussion. So as to provide the relevant personnel material.

Keywords: steel structure workshop, the structure design.

中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：

1.钢结构厂房的结构

钢结构的厂房一般有屋顶结构、支撑柱、吊车梁以及各种支撑结构和墙架结构组成，大体可分为五个部分屋顶结构、横向框架、吊车梁和制动梁、墙架、支撑体系。结构设计的一般经历（1）结构方案的布置；（2）结构载荷的计算；（3）钢结构的内力分析；（4）构件的设计；（5）施工图的形成。

1.1 结构形式

门式刚架、排架、刚接框架是钢结构厂房的主要结构形式主。门式刚架通常适用于跨度9 ～ 36m、柱距6m、柱高4.5 ～ 12m、设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑，设置桥式吊车时，宜为起重量不大于20t 的中、轻级工作制吊车;设置悬挂吊车时，起重量不宜大于3t; 对厂房较高( H ＞ 18m) 时单跨( 多跨) ，吊车起重量较大( Q ＞50t) 硬钩吊车的重型厂房，为保证厂房横向刚度要求，宜采用刚接框架形式; 其他的结构可采用排架结构形式。排架柱在基础处通常做成固定端，柱顶与屋架或横梁的连接可以做成铰接，也可以做成刚接。柱的上下两端均为刚接的排架，可以增加刚度和节约钢材。通常在采用重型屋盖的刚接排架中，为了减少柱上端的弯矩，可以在屋盖结构安装完毕后再将柱顶刚接，以减少由屋盖静荷载所产生的柱顶固定端弯矩。

1.2 柱间支撑的布置

柱间支撑的布置: 有吊车时，应在厂房单元中部设置上、下柱间支撑，并应在厂房单元两端增设上段柱柱间支撑; 抗震设防烈度为7 度时结构单元长度大于120m，8、9 度时结构单元长度大于90m，宜在单元中部1 /3 区段内设置上、下段柱间支撑。根据工程的特点，柱间支撑选择在厂房单元两端设上段柱柱间支撑，在厂房单元中部设置上、下柱间支撑。

1.3 刚接柱脚形式的确定

钢结构柱脚按结构内力划分，可分为铰接柱脚和刚性固定柱脚两大类。铰接柱脚仅传递竖向荷载和水平荷载。刚性固定柱脚，除了传递竖向荷载和水平荷载外，还要传递弯矩，计算和构造较复杂。刚性固定柱脚按其构造形式可分为三种形式: 露出式柱脚，埋入式或插入式柱脚，以及外包式柱脚。

2.钢柱钢材的用及要求

钢架结构中的一重要角色就是钢材，它对厂房的稳固、安全起着至关重要的作用，如果钢材选用不当，有可能造成厂房倒塌，对企业的造成巨大的经济损失。因此，对钢材要严格选用和合理配置。为了保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。一般可选用的钢材有: Q235 钢、Q345 钢、Q390 钢、Q420 钢。在钢结构设计中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号( 或钢号) 和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的要求。另外还应注明对有害元素的限值及对钢材塑性、韧性的要求，主要是对硫( S) 、磷( P) 含量的限值，S 会增加钢材的热脆性，P 会增加钢材的冷脆性，最后对碳( C) 的含量也应有限值，虽然增加C 含量会提高钢材的强度，但是会降低钢材的塑性及可焊性。对焊接结构及非焊接结构限制采用Q235 沸腾钢须注明。虽然现在随着炼钢技术的改进，沸腾钢在市场上已经很少遇到，但是一些小钢厂还会生产沸腾钢，所以对不能用沸腾钢的结构须明确指出。对钢材强度及塑性、韧性的要求。钢材的抗拉强度是钢材受力破坏时所能达到的强度值，屈服强度是设计时我们取用的强度值，抗拉强度至少大于屈服强度20%，作为结构的安全储备。伸长率的要求是对钢材塑性的要求，是为了保证结构的塑性设计而提出的要求。冷弯试验的合格保证及对冲击韧性的要求是为了防止结构发生脆性破坏而提出的，须严格执行。设计中须明确规定对需要验算疲劳的焊接、非焊接结构钢材冲击韧性的合格保证。

3.结构设计应注意的问题

3.1 屋盖支撑系统及屋面设计

屋盖支撑系统由横向支撑、纵向支撑、垂直支撑以及系杆构成，在布置屋盖支撑系统时应考虑厂房的跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车设置及吨位大小等因素。一般情况下，所以的屋盖无论其是否有檩都应该设置垂直支撑。无檩体系当中的大型屋面板中有三点和屋架焊接，能够支撑上弦，但由于施工条件的限制，以及安装的需要，无论什么类型的屋盖都应该在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑，如果厂房里的屋架间距大于或等于12米，或是厂房内设有非常重的吊车和较大的振动设备，都应该设置纵向水平支撑。在对屋面的设计中，应该重点考虑防水设计。屋面的防水设计涉及到很多的因素，比如屋面坡度、天沟形式、单坡屋面长度等。《屋面工程技术规范》有规定，屋面坡度最小为5%。但在实际的工程中，有些外资企业屋面的坡度做到3%，或是2%。由于目前我国的钢构厂家在技术和材料性能方面参差不齐，屋面坡度控制在5%，坡度应该根据不同地区的特征做出相应的调整，比如说在积雪量大的地区应该把坡度增大一些。单坡屋面的长度主要由工程所在地区的最大温差降雨形成的最大高度来决定。其次，根据工程经验，单坡的屋面长度应该控制在70m以内，如果超过了70m，就要做特殊的处理。目前，做钢结构的屋面的常用做法有两种：一是在双层彩色压型钢板内夹保温棉做成的刚性屋面，二是由屋面彩钢板内板、隔气板、保温层、卷材防水层构成的复合柔性屋面。