变形缝在横向超宽钢结构厂房中的应用

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【摘要】对于横向超宽钢结构厂房的温度应力，结构设计有“抗”和“松”两种措施，“抗”即通过加强主体结构来抵抗温度应力；“松”即为设置变形缝或滑动支座等释放温度应力。纵向变形缝通过设置双排柱，结构分析简单，传力明确，减小整体结构的温度应力。工程实例分析表明设置变形缝是横向超宽钢结构厂房中的有效措施。

【关键字】横向超宽钢结构厂房，变形缝，滑动支座，双排柱，温度应力

1引言

在大型全钢结构工业厂房的设计中，根据工艺要求、场地条件及总图的布置情况，在厂房的长度和宽度两个方向都会遇到超长的情况。在柱距方向也就是长度方向会达到500～600m甚至更长，在跨度方向也就是宽度方向会出现7～8跨连续，达到200m甚至更宽。若建筑平面尺寸过长，因热胀冷缩的缘故，将导致结构中产生过大的温度应力，使房屋出现过大的裂缝或破坏，需在结构一定的长度位置设缝将建筑分成几部分，保证建筑物在水平方向上的自由伸缩变形，该缝即为温度伸缩缝。单层工业厂房的温度伸缩缝的设置问题是结构的构造问题，是具有规范性质的问题。早在1955年～1958年间，我国进行大规模工业建设过程中就遇到的一个实际问题。当时有关温度伸缩缝的许可间距的规定完全套用苏联规范。按照规范规定，为了防止厂房由于温度收缩引起破裂，厂房排架每隔一定距离必须设置伸缩缝，将厂房排架分成若干温度区段。在伸缩缝处采用双排框架（双排柱、双排屋架）。

2工程概况

某北方采暖钢结构厂房横向八连跨，为24.0m和30.0m两种跨度的组合，横向宽度162.0。柱距9.0m，纵向长度126.0m。檐口高度为13.500m。每跨均设两台桥式吊车，吊车吨位为32t，20/5t不等，轨顶标高为9.000m和7.500m。结构形式为普通钢结构。当地冬夏温差较大。该厂房横向严重超宽，如果不采取任何处理措施，不符合规范的要求，而且温度应力对主刚架是一个很大的考验，对于结构的安全和经济都是非常不利的。

3超宽刚架的处理措施

3.1规范措施

规范对于超宽刚架温度应力采取的是“松”的措施，即设置温度缝。对于不同的结构体系，伸缩缝的距离不同，我国现行规范已有明确的规定。钢结构厂房横向温度区段如果设置不当，由温度变化产生的变形会导致房屋局部产生漏水，甚至结构破坏，给建筑的使用和安全带来不便。

3.1.1温度区段的长度

（1）《门市刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）2012年版第4.3.1条规定：门市刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝间的距离）应符合下列规定：

纵向温度区段不大于300m；

横向温度区段不大于150m。

当有计算依据时，温度区段长度可适当加大。

当需要设置伸缩缝时，可采用两种做法：在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许涨缩或设置双柱。

吊车梁与柱的连接处宜采用长圆孔。

（2）《钢结构设计规范》GB50017-2003第8.1.5条规定：单层房屋和露天结构的温度区段长度（伸缩缝的间距），当不超过表8.1.5的数值时，可不计算温度应力。

温度区段长度值（m） 表8.1.5

注：①厂房柱为其它材料时，应按相应规范的规定设置伸缩缝。围护结构可根据具体情况参照有关规范单独设置伸缩缝。

②无桥式吊车房屋的柱间支撑和有桥式吊车房屋吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑，宜对称布置于温度区段中部。当不对称布置时，上述柱间支撑的中点（两道柱间支撑时为两支撑距离的中点）至温度区段端部的距离不宜大于表8.1.5纵向温度区段长度的60%。

③当有充分依据或可靠措施时，表中数值可予以增减。

横向框架中，在相同温度变形的情况下，横梁与柱铰接时的温度应力比横梁与柱刚接时的温度应力降低很多。根据理论分析，可将铰接时的横向温度区段长度加大25%，并列入规范表8.1.5内。

此外，计算纵向温度区段长度时，考虑到吊车梁与柱一般采用C级螺栓连接，能够产生滑移，因而可减少温度应力和变形，若大部分吊车梁与柱的连接不能产生滑移，则纵向温度区段应减小20%～30%。

温度区段超限，可以通过增加支撑来约束温度应力，使温度应力均匀分配到各个柱基础，从而保证厂房的整体稳定不被破坏。

3.1.2伸缩缝的宽度

单纯的温度伸缩缝宽度是很小的，一般可取20mm～50mm。但是在抗震设防区，伸缩缝的宽度也要满足抗震缝的宽度。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第9.2.3条规定：当设置防震缝时，其缝宽不宜小于单层混凝土柱厂房防震缝宽度的1.5倍。一般情况取150mm。

3.2其它措施

对于刚架超宽不太多的工程，一般不超过10%～20%，采用“抗”的措施，即通过计算温度应力，加强主刚架来抵抗温度应力，保证结构的安全。

对于刚架超宽到一定量时，一般超过20%～40%时，可采取在温度应力较大的梁柱节点设置滑动支座，通过限制变形量来释放一定的温度应力，保证刚架的安全，另外屋面要采取一定的措施来适应滑动支座的限制变形。

4工程方案

为节省用钢量，梁柱采用刚接节点连接，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第8.1.5条，本工程横向宽度162m，远超过规范要求的横向温度区段的长度120m，考虑通过采用双排柱设置伸缩缝分成两个独立的结构单元，即在D和E轴之间插入150mm宽的伸缩缝，将原来的一榀刚架分成两榀刚架，结构单元横向宽度小于规范要求的温度区段的长度，计算时不考虑温度应力的影响。经调整后的结构平面布置图为图1。

图1结构平面布置图

5结语

横向超宽钢结构厂房的结构处理可有多种措施。根据厂房所处地区的温差、横梁与钢柱铰接或刚接的不同，来设置温度缝确定温度区段的长度是一项行之有效的措施，也是规范推荐的做法，在不影响工艺使用的情况下可优先采取。

参 考 文 献

1. 钢结构设计规范 GB50017-2003，中国计划出版社

2. 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102：2002（2012年版），中国计划出版社