单层工业厂房结构构件

单层工业厂房结构构件（精选8篇）

单层工业厂房结构构件 篇1

1 基础

基础是厂房的重要构件之一, 支撑厂房结构的全部荷载并传于地基。

1.1 基础的类型

基础类型的选择主要取决于上部荷载的大小、性质及工程地质条件等。单层厂房的基础按形式分, 一般有独立式基础 (锥形基础、薄壳基础、板肋基础) 、条形基础、桩基础等;按施工方式分, 柱与基础整浇式和装配式两种。

1.2 独立基础构造

单层厂房一般采用预制装配式钢筋混凝土排架结构, 厂房的柱距与跨度较大, 故厂房的基础多采用独立式钢筋混凝土基础。按施工方式的不同分, 有现浇柱下基础和预制柱下杯形基础两种形式。

2 基础梁

基础梁是架设在相邻独立基础之间, 用以支承砌体墙身的承重构件。单层厂房墙下不宜设基础, 宜设基础梁。这是因为单层厂房通常采用钢筋混凝土排架结构, 此时外墙和内墙仅起围护和分隔作用, 如果墙下设基础, 则会由于墙下基础所承受的荷载比柱基础小得多, 而产生不均匀沉降, 导致墙面开裂。因此, 将厂房外墙或内墙砌筑在基础梁上, 这样可使内外墙和柱一起沉降, 墙面不易开裂。由于基础梁的埋置较浅, 如梁底为密实的土层, 则可能因基础下沉而产生反拱现象。寒冷地区还会因土壤冻胀产生反拱作用而破坏基础梁, 故在基础梁底部应留50-100 mm的空隙;同时, 寒冷地区因热桥效应会使室内热量散失和影响使用。为此, 应在基础梁底部及两侧铺设厚度不小于300 mm的松散材料, 如炉渣、干砂等, 如图1。

3 排架柱

3.1 矩形柱

矩形柱外形简单, 施工方便, 容易保证质量要求, 两个方向受弯性能好。适用于中小型厂房, 以及弯矩不大的以中心受压为主的柱。矩形柱的截面尺寸一般为400mm×600 mm。

3.2 工字形柱

柱截面呈“工”字形, 与同尺寸截面的矩形柱相比, 承载力几乎相同, 但节约混凝土30%-50%, 故工字形柱造型比矩形柱合理。其缺点是制作构件的模板较复杂, 故在中、大型厂房应用较广泛, 一般适用于吊车吨位在30t以下的厂房。工字形柱的截面尺寸一般为400mm×600mm、400 mm×800 mm、500 mm×3500 mm等。工字形截面仅用于柱身, 而不得用于柱顶、柱底及牛腿处。

3.3 双肢柱

双肢柱内两根承受轴向力的肢杆和联系两肢的腹杆组成。其腹杆有两种布置形式, 一种是平腹杆, 只一种是斜腹杆。平腹杆比斜腹杆外形简单, 施工方便, 腹杆上的长方孔便于布置管道, 但受力性能和刚度不如斜腹杆。斜腹杆柱是衍架形式, 各杆件基本承受轴向力, 弯矩很小, 所以材料较省。当柱的长度和荷载都较大, 吊车起重量大于30 t, 柱的截面高度大于1.5m时, 应考虑选用双肢柱。

3.4 管柱

管柱有单管柱和双肢管柱两种。单管柱的外形和等截面矩形柱相似, 可伸出支承吊车梁的肩梁 (牛腿) 。双肢管柱的外形类似双肢柱, 可分为平腹杆双肢管柱和料腹杆双肢管柱。钢筋混凝土管柱在工厂预制, 可采用机械化方式生产, 可在现场拼装, 受气候的影响小, 但因管的外形是圆的, 设置预埋件较困难, 与墙的连接也不如其他形式的柱方便。

4 吊车梁

4.1 吊车梁的类型

吊车梁的类型很多, 按截面形式分, 有等高截面和变高截面两种。 (1) 等高截面吊车粱。等高截面吊车梁的截面形状常有T形和I字形。T形吊车梁的断面为T形, 上部翼缘较宽, 以增加梁的受压面积, 也便于固定吊车轨道。这种梁施工简单, 制作方便, 但自重大, 费材料, 不甚经济。非预应力钢筋混凝土T形吊车梁适用于厂房柱距为6m、厂房跨度430m、吊车吨位在10t以下的厂房;预应力钢筋混凝土T形吊车梁适用于柱距为6m、吊车吨位在10-30t的厂房。I字形吊车梁腹壁薄, 节约材料, 自重较轻, 适用于柱距为6m、跨度为12-33m、吊车起重量为5-25t的厂房。 (2) 变高截面吊车梁。变高截面吊车梁有色腹式、折线形等形式。鱼腹式较常见。鱼腹式吊车梁腹板薄, 外形像免腹。由于其外形与弯矩包络图形相近, 故能较好地发挥材料的受力性能.且能节约混凝土, 减轻白重, 但制作相对较复杂。一般适用于柱胚事12m、跨度为12-33m、吊车起重量为15-150t的厂房。

4.2 吊车轨道

吊车轨道分为轻轨、重轨和方钢三种形式, 可根据各种吊车的技术规格荐用型号选定。吊车轨道与吊车梁一般采用垫板和螺栓连接的方怯, 即安装轨道前, 先在吊车梁上铺设30-50 mm厚的C20混凝土垫层并精确找平, 然后在垫层上铺设钢垫板 (或塑料、橡胶等弹性垫板) , 垫板上放钢轨, 钢轨两侧放固定板 (用弹作垫板时不设) , 钢轨用压板压住, 床板与吊车梁用螺栓连接牢固。

5 连系梁和圈梁

5.1 连系梁

连系梁是厂房纵向柱列的水平连系构件, 以增强厂房的纵向刚度, 并传递风荷载到纵向柱列。当墙体高度超过一定限度时.砖砌体的强度不足以承受自身的重量, 且稳定性也受到墙体高厚比限制, 则应设置连系梁以承受其上部的墙体重量, 即将该部分墙重通过连系梁传给柱子, 所以连系梁也称墙梁。连系梁的截面形式有矩形和L形 (用于一砖半墙厚) 。连系梁与柱应有可靠的连接, 以保证可靠的传力性能。

5.2 圈梁

圈梁的作用是将墙体同厂房排架柱、抗风柱等箍在一起, 加强厂房结构的整体性和墙身的刚度与稳定性, 减少因地基不均匀沉降引起的墙体开裂, 提高厂房的抗震能力。圈梁埋置在墙体内, 同柱子连接仅起拉结作用, 不承受墙体的重量。圈梁的位置一般应在柱顶设一道, 对有桥式吊车的厂房, 还应在吊车梁附近增设一道。当厂房很高时, 根据厂房刚度的需要, 考虑墙体高度及地基情况, 还需设多道圈梁。

6 屋架、屋面梁和托架

屋架或屋面梁是屋盖结构的主要承重构件, 直接承受屋面荷载, 有的还要承受悬挂吊车、天窗架、管道或生产设备等荷载, 对厂房的安全、刚度、耐久性、经济性等起着至关重要的作用, 其制作材料有混凝土、型钢、木材等。

参考文献

[1]朱玉鑫.单层工业厂房屋面结构吊装工艺改进[J].建筑技术, 1982 (11) .

[2]单立中.对单层工业厂房标准构件若干问题的探讨[J].工业建筑, 1984 (8) .

单层工业厂房结构构件 篇2

1.屋盖的构造措施

单层钢结构厂房屋盖的抗震构造措施与钢筋混凝土柱厂房的基本相同，

2.柱、梁的构造措施

为了防止地震时柱子失稳，柱的长细比不应大于

为了控制柱、梁截面不出现局部失稳，单层框架柱、梁截面板的宽厚比限值，除应符合现行《钢结构设计规范》GB50017对钢结构弹性阶段设计的有关规定外，尚有下表的规定，

构件腹板宽厚比，可通过设置纵向加劲肋减小。

单层工业厂房结构构件 篇3

单层轻型门式刚架结构是指以轻型焊接H型钢 (等截面或变截面) 、热轧H型钢 (等截面) 或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架, 檩条材料采用冷弯薄壁型钢材;墙面、屋顶通常采用压型钢板、压型不锈钢材料;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料的一种轻型房屋结构体系。当前, 许多建筑工程所用到的梁和柱设计多为H形横截面设计, 如果是单跨钢架则采用钢接焊接, 如果为多跨则采用钢接和铰接混合设计;柱脚同地基接触点使用刚接或铰接;围护结构主要使用轻型钢板材料;保温隔热材料使用石棉板。

1单层轻型门式刚架结构设计

(1) 一般来说, 门式刚架结构构件强度较弱、弯折性较小, 整个结构刚性较低, 因此要针对其上述特点做好运输和安装过程中的防护措施, 以保证构件不受外力影响发生形变。

(2) 要做好支撑结构整体布局和规划, 做好墙体、屋顶与面板之间的对接处理, 提高整体结构的稳定性。

(3) 结构组成部件大多为薄壁轻质材料, 要针对其物理特性做好安装和运输过程中的防护工作。

(4) 由于构件为钢材材质, 因此要考虑钢材生锈导致结构构件受力下降的问题。

(5) 门式刚架的梁柱多采用变截面杆件, 梁柱腹板在设计时考虑利用屈曲后的强度, 所以塑性设计不再适用。

(6) 设计中要合理处理轻型化可能导致的一些问题, 例如大风力可能导致屋面荷载过大的问题等。

2结构形式和结构布置

2.1 结构形式

门式刚架具有多种结构类型, 最常见的有单跨、双跨和多跨几种, 根据坡脊数的数量来划分, 可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20～1/8。单脊双坡多跨刚架, 在没有支柱设计的房屋建筑中比较常见, 如果刚架柱高度有限且负荷要求不高时, 依据“材料集中使用的原则”, 中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。门式刚架结构中, 其柱脚一般常用铰接设计, 如果是工业企业厂房所用的有桥式吊车, 可以采取刚接的柱脚设计。为了门式刚架的受力稳定性, 可以配置3 t以内的悬挂吊车, 或者重量在20 t以内的中、轻级单梁或双梁桥式吊车。

2.2 结构布置

2.2.1 刚架的建筑尺寸和布置

门式刚架跨度控制在10～35 m内为宜, 如果柱宽度不均等, 要向外侧对齐。其高度要视室内高度来合理调整, 一般不高于9 m、不低于4.5 m。门式刚架之间的距离也要根据钢架跨度、负荷大小来合理确定, 通常有三种距离可选择:即6 m、7.5 m、9 m。纵向温度区段小于300 m, 横向温度区段小于150 m (如果有其他特殊要求时, 可适当调整大小) 。

2.2.2 檩条和墙梁的布置

檩条间距大小要综合考虑多种因素, 例如天窗大小和个数、屋脊长度、采光度要求、檩条长度和刚度等, 没有特殊要求的情况, 通常采用等间距布局, 在屋脊处两侧均匀布置一道, 在天沟处布置一道。侧墙墙梁的设计要根据窗户、门和雨搭的设计要求来综合权衡, 确保整体功能达到设计要求。

2.3 支撑和刚性系杆的布置

(1) 在每个温度区段内都要保证其具有独立的空间稳定性结构。

(2) 在进行柱间支撑开间设计时, 要对屋盖做横向支撑结构设计, 以提高整个结构的几何稳定性。

(3) 端部支撑一般设置在温度区段端部的第一二个开间位置。柱间支撑之间的距离要根据房屋纵向受力分布情况来确定, 通常控制在30～45 m范围内, 如果配置了吊车, 可以最大至60 m。

(4) 如果房屋高度较高时, 要采用分层结构的柱间支撑体系;如果房屋宽度超过50 m, 内部要采用支撑结构。

(5) 当端部支撑设在端部第二个开间时, 在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。

(6) 在刚架的转折处, 要根据房屋的长度来设置刚性系杆, 以保证房屋结构稳定性。

(7) 由支撑斜杆等组成的水平桁架, 其直腹杆宜按刚性系杆考虑。

(8) 刚性系杆也可以采用檩条材料替代, 此时要保证檩条具有良好的受力和刚度性能, 如果檩条达不到这方面的性能标准, 可以考虑在刚架斜梁间加装H型钢或者钢柱来提高其的工作强度。

(9) 如果屋内设置了重量超过5 t的吊车, 要采用型钢材料的柱间支撑设计;如果不能使用柱间支撑, 则可考虑用纵向刚架来替代。

3刚架设计

3.1 荷载及荷载组合

3.1.1 永久荷载

永久荷载是指结构自重和施加在结构上的各种外力之和, 如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。

3.1.2 可变荷载

可变荷载包括屋面活荷载 (在设计屋面板和檩条时, 要定期检查其负荷能力变化, 其标准值为1 kN) 、屋面结构受力和积尘受力、吊车自重、风力影响等。

3.1.3 荷载组合

荷载组合要严格按照《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2012中有关规定来配置, 对门式刚架的设计, 则可参考《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102∶98中的有关规定来设计:

(1) 屋面均匀荷载与雪荷载不能累加计算, 而是取其中最大值。

(2) 积灰荷载一般低于雪荷载和屋面均布活荷载, 因此不需要对其进行额外考虑。

(3) 在施工或检修集中荷载时, 不将房屋构件自重产生的荷载考虑在内。

(4) 多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》中的规定。

(5) 当需要考虑地震作用时, 风荷载不与地震作用同时考虑。

3.2 刚架内力和侧移计算

3.2.1 内力计算

变截面门式刚架的内力计算可采用弹性分析方法来实现, 塑性分析方法的使用具有严格的限制条件, 那就是要求钢架梁柱都为等截面时才可使用。具体计算方法主要采用杆系单元的有限元法或者称直接刚度法, 结合计算机软件来实现。针对地震造成的外力负荷大小, 可以采用底部剪力法来计算。通过计算出各种负荷组合的内力数据后, 再确定截面的内力大小, 一般而言, 控制截面 的位置大多分布在柱底、柱顶、柱牛腿连接处等处。控制截面的内力组合主要有:

(1) 最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。

(2) 最大弯矩Mmax和同时出现的N及V的较大值。

(3) 最小轴压力Nmin和相应的M及V, 出现在永久荷载和风荷载共同作用下, 当柱脚铰接时M=0。

3.2.2 侧移计算

通常采用弹性分析方法来确定变截面门式刚架的柱顶侧移数据, 取多次计算平均结果作为标准值。如果最后得到的侧移刚度数据不达标时, 可采用以下方法进行适当修正:例如适当扩大截面面积, 采用刚接柱脚替代铰柱脚;把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。

3.3 刚架结构中的柱和梁设计

(1) 梁柱板件的厚宽比例大小和腹板最大弯曲形变利用率。

(2) 测算刚架梁柱构件的最大强度极限值。

(3) 梁腹板支撑体系的设计。 ('梁腹板安装位置要选在两柱之间位置, 在翼缘转折处增加横向受力支撑) 。

(4) 测算变截面柱在结构内的长度上限值。

(5) 测试变截面柱在结构内的物理稳定性。

(6) 变截面柱对整个钢架结构的稳定性影响评估。

(7) 斜梁和隅撑的受力大小和负荷强度测算。

(8) 节点设计。

4附属结构构件设计

4.1 压型钢板设计

(1) 要结合建筑用途、功能和使用寿命来确定压型钢板材料型号和规格, 在工程实践中, 多采用Q235-A刚。

(2) 压型钢板具有多种截面种类选择, 根据波高大小将波板分为三类:低波板、中波板和高波板。波高越高, 截面的刚度越大, 其负荷能力也就更大。

(3) 压型钢板的强度和挠度计算方法是, 选取单槽口的有效截面按受弯构件来综合计算。主要计算对象包含以下几方面内容:压型钢板腹板应力大小、支座处腹板局部突变负荷大小、挠度上下限值测量等。

(4) 压型钢板规格和参数指标还要满足其他特殊设计要求。

4.2 檩条设计

(1) 檩条的截面设计有两种选择:实腹式和格构式。如果檩条跨度小于8 m, 一般采用 实腹式檩条为宜。

(2) 檩条采用双向受弯结构设计, 对其进行受力分析时, 要以两个轴心为中心来开展截面弯矩受力计算。

(3) 檩条安装之前要经过刚度检测、稳定性检测和形变大小检测, 检测合格后方可安装使用。

(4) 檩条还要达到其他使用标准规定。

4.3 墙梁、支撑设计

(1) 墙梁材料通常使用冷弯卷边槽钢, 也可以采用卷边Z形钢替代。

(2) 墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下, 也是双向受弯构件。

(3) 墙梁之间要保持等距离设计, 要在墙面的各边界处设置一道墙梁。为减少竖向荷载作用下墙梁的竖向挠度, 可在墙梁上设置拉条, 并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱。

(4) 墙梁设计可以灵活决定, 根据柱距大小灵活选择一个简支梁或者两个柱距连续梁设计。

(5) 门式刚架结构中, 可采用按拉杆设计作为交叉支撑和柔性系杆设计。

(6) 刚架斜梁上横向水平支撑的内力大小计算, 主要参考结构横向风力大小和水平 桁架两个指标, 并适当减少支撑对斜梁产生的负荷, 压杆受力要剔除交叉支撑产生的负荷。

(7) 刚架柱间支撑的内力大小计算, 主要参考两个指标, 即结构纵向风力大小和纵向悬臂桁架。并计入支撑对柱起减少计算长度而应承受的力, 压杆受力要剔除交叉支撑产生的负荷。如果一列支撑柱中设有多道支撑结构, 可以平均计算每道支撑的纵向力。

5小结

通过前面的分析, 我们可以总结出轻型门式刚架结构设计所需遵循的原则:①保证结构的整体性。单个门式刚架属于平面结构, 通过纵向、横向支撑结构组合, 辅以围闭结构能够组成稳定的立体空间结构, 只有在立体空间结构保持稳定的前提下, 才可考虑增加其外部负荷和受力;②明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递全过程中产生的效应。

6单层门式刚架轻型钢结构合理柱距的选择

厂房结构设计中最关键的工作是如何根据设计要求来合理布置柱网平面图。传统施工设计方法中, 习惯将柱间距离控制在6 m, 并根据需要累加3 m或者其的倍数。这种设计方法其实就是照搬了混凝土工业厂房的设计参数。针对这种方法是否适合门式刚架轻型钢结构设计, 尚没有学者进行论证。但是, 从经济成本的角度来看, 柱距设计是否合理直接影响到整个厂房结构设计的经济性。这是因为:

(1) 门式刚架轻型钢结构的质量高低直接取决于用钢量多少, 因此用钢量是评价其设计水平的关键指标。而柱距疏密直接影响到整个结构的用钢量 (具体见以下工程案例分析) 。

(2) 采用现代化建筑材料例如轻质面板材料来替代传统的钢筋混凝土建筑材料, 突破了传统工业厂房设计方法和施工模式, 提高了施工效率。在设计门式刚架轻型钢结构时, 可以参照传统钢筋混凝土设计参数来控制柱间距离, 以有效节约用钢量。

(3) 厂房钢材消耗成本还与钢材市场价格、钢材产品规格、构件标准化程度有较大关系。有时采用标准化钢材替代非标准构件所增加的额外成本费用十分可观。但是如没有柱距模数, 构件标准化也毫无意义了。

因此, 对于门式刚架轻型钢结构的设计, 要紧扣柱距指标参数, 计算出最佳柱距平面分布图, 才能够在不影响整体设计质量的前提下, 实现经济效率最大化。

7工程实例

笔者以本院在印度所做《36 000 t/年高钛渣项目》中原料场车间 (以下简称原料场) 为例, 结合设计过程中遇到的合理柱距问题, 并通过一系列计算与分析, 分析不同跨度和有无吊车吨位时的经济柱距范围, 供探讨。本文围绕刚架跨度和吊车吨位作为分析基础, 采用PKPM发分析结构, 在确定了刚架跨度和吊车吨位的前提下, 对实腹式门式刚架轻型钢结构体系设计用钢量进行了科学系统的分析。主要考虑跨度:12 m、15 m、18 m、24 m、30 m、36 m;吊车吨位:0 t、5 t、10 t、20 t;及柱距为6 m、9 m、12 m、15 m、18 m的情况。结构计算简图见图1。

为使研究更具有普遍意义和可比性, 本文在设计计算时采用以下参数:风荷载:以0.30 kN/m2为基本风压值, 近似取高度变化系数μz为1.0; 未考虑雪荷载。积灰荷载:0.10 kN/m2, 考虑屋面坡度1∶15, α<15°取屋面积雪分布系数为1.0。吊车荷载:吊车使用规格主要根据《5～50常规工程电动桥式起重机使用规格规范 (ZQ1-62) 》。

需要说明的是:

(1) 设计中跟业主沟通, 按中国规范并按中国7度设防进行地震力计算。

(2) 由于本文主要针对中等规模的厂房进行分析, 对吊车的吨位要求也不大。对此, 本文没有分析当柱距小于9 m时, 吊车梁采用加宽工形横截面的设计, 希望能够在今后研究中弥补这方面研究空白;当柱距介于9～18 m之间时, 可以考虑采用制动桁架体系替代加宽上翼的方式, 以节约翼缘材料。

(3) 如果跨度不超过9 m时, 如果采用实腹式檩条和墙架梁, 则会造成较大的浪费, 而采用桁架式具有更好的经济效率。如果跨度不超过9 m, 檩条和墙架梁材料都可以使用冷弯薄壁型钢。

(4) 此外, 本文在计算构件钢材消耗时, 没有考虑节点设计所需的钢材, 只是凭主观经验确定了一个大概系数, 这显然会与实际情况产生一定的出入, 因此需要加以注意。

(5) 各构件最危险截面考虑稳定后最大应力比 (折算应力) 控制在设计值的90%左右。

图2 (a) ～2 (c) 给出了根据以上条件分析得到的原料车间和干煤棚各自在36/6m跨, 2×10 t吊车, 24 m跨, 2×10 t吊车及18 m单跨, 3 t吊车条件下, 随着柱距的变化不同项目用钢量相应发生的变化 (单位:kg/m2) 。

(1) 对门式刚架轻型钢结构体系而言, 主要钢材消耗在于刚架搭建, 如果刚架跨度不大, 则钢架所用钢量占比会相对升高, 而其他构件的用钢量, 特别是墙架梁、柱间支撑、屋面支撑, 其用钢量只占较小比例。

(2) 随着柱距的增大, 刚架其用钢量比率是逐渐下降的, 并且随柱距的增加, 下降的幅度逐渐趋于平缓。

(3) 随着柱距的增大, 其他构件用钢量也会显著增加, 用刚量增长幅度最大的是吊车梁, 因为柱距增大时, 要采用格构形式, 而这都需要投入大量的钢材, 并有可能超过刚架的总用钢量。其次是檩条, 因长细比的要求, 用钢量增加也较快。

(4) 整个单层厂房结构设计中, 柱距密度的增大会增加用钢量, 随后会开始下降。 通过这种倒U型的变化特征, 我们可以判断用钢量存在一个最佳值。

当然, 针对同一个结构, 不同的设计人员会产生不同的设计效果, 各设计方案可能在结构体系、围护结构的布置等上会有所差别, 从而产生不同的用钢需求, 但是不管哪一种设计方案, 其用钢量的趋势都是相同的。通过上述分析可以发现, 对此特定的厂房而言, 在有吊车荷载的情况下, 按用钢量确定的最优柱距基本在6～8 m的范围内。研究证明, 当采用不同的跨度和吊车吨位时, 其对应的最优柱距也是不同的。图2 (a) ～ (c) 还给出了无吊车情况, 用钢量随柱距的变化情况。同样, 我们可以得出类似的结论, 不同的是, 无吊车时, 会大大节约钢材, 而且最优柱距也有所变化, 并有变大的趋势, 因此在上述条件下, 其最优柱距在8～9 m。

单层钢结构工业厂房抗震设计分析 篇4

1 场地选择

在选择场地时，应避开对结构不利的地段，选择对结构有利的地段。抗震有利地段包括稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等;抗震不利地段，就地形来说，一般指河岸边坡边缘，高差较大的台地边缘，非岩质的陡坡，突出的山顶。为降低地震通过建筑场地和地基传给上部结构的地震能量，在选择对钢结构工业厂房有利的场地时应注意以下几点：

⑴选择薄的场地覆盖层。

世界各地多次大地震表明，对于柔性结构，厚土层上震害重，薄土层的震害轻，直接坐落在基岩上的震害更轻。如1967年委内瑞拉6.4级地震时，同一地区不同覆盖层厚度土层上的震害有明显差异，即薄土层上的震害轻于厚土层上的震害。

⑵选择坚实的场地土。

震害表明，场地土刚度大，则结构震害指数小，破坏程度轻;场地土刚度小，则震害指数大，破坏程度重。故应选择具有较大平均剪切波速的坚硬场地土。

⑶将钢结构工业厂房的自振周期与地震动的卓越周期错开避免共振。

众所周知，如果建筑的自振周期与地震动的卓越周期相等或接近，建筑物的破坏程度就会因共振而加重，因此，要避免此种情况的发生。

2 厂房的结构平面布置

由于体型复杂，特别或严重不规则的结构受力复杂，结构分析难度较大，且结构设计不合理会导致地震时的严重破坏，因此单层钢结构厂房的结构布置应符合一定的要求。即：平面宜为矩形，立面宜简单对称，在结构单元平面内，钢架、柱间支撑等抗侧力构件宜对称布置;质量大的设备宜设置在距刚度中心较近的部位。当厂房平立面布置特别复杂或结构的高差、刚度相差很大，或在厂房侧面贴建热水间、变电所等房屋时，应设置抗震缝将其隔开。在厂房纵横跨交接处、大柱网厂房或不设柱间支撑的厂房，防震缝宽度可采用100～150mm, 其他情况可采用50～90mm。建筑抗震设计规范 (GB50011-2010) 规定，当设置抗震缝时，其缝宽不宜小于单层混凝土柱厂房抗震缝宽度的1.5倍。

3 地基基础

钢结构房屋建筑地基的一般要求，同一结构单元的基础，不宜部分采用天然地基，部分采用人工地基，也不宜采取两类及以上的性质差别较大的土层，作为地其持力层，当钢结构厂基础底板或桩端接近或局部进入下卧土层的倾斜顶面时，宜加深基础或加大桩长，使基础底部或桩端全部在同一个卧屋内，以避免可能产生的不均匀沉降。钢结构建筑场地无法避开地震时可能产生滑移或地裂的河、湖，故河道的加缘地段，应采取针对性的地基稳定措施，并加强基础的整体性。地震区高楼基础下的地基持力层范围内，存在可液化土层时，应采取措施消除该土层液化对上部结构的不利影响。

全部消除地基土层液化沉陷对钢结构建筑不利影响，可根据当地条件选用下列措施之一： (1) 采用加密法，例如振冲法、砂桩挤密法、强夯法等，加固地基时，应处理至土层液化深度的下界面，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值，应大于土层液化的临界值。 (2) 采用深基础时，基础底面埋入液化深度以下稳定土层内的深度，不应小于500mm。 (3) 钢结构建筑采用桩基础时，桩端伸入液化深度以下稳定土层内的长度，应按桩的承载力计算确定，挖除高楼地基持力层范围内的全部可液化土层。

4 结构体系

一般单层钢结构厂房采用框架支撑体系，即横向设计成刚接框架，纵向设计成柱间支撑体系，这种体系经济节约，但柱间支撑可能会影响使用功能。这种形式特别适用于纵向较长，横向较短的单层工业厂房。

4.1 截面设计

钢结构厂房与钢筋混凝土房屋一样，同样应遵守强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的抗震设计基本原则。

4.1.1 强柱弱梁

指在梁柱连接节点处柱端实际受弯承载力要大于梁端实际受弯承载力。一般采用增大柱端弯矩的做法。也就是使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求，用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。“强柱弱梁”不仅是手段，也是目的，其手段表现在人们认为对柱的设计弯矩放大，对梁不放大。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变。即柱的能力提高程度比梁大。这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。

4.1.2 强剪弱弯

指避免构件 (梁、柱、墙) 剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏，即控制脆性破坏形式的发生。也就是说结构 (框架梁、柱) 的抗剪承载力要大于抗弯承载力，目的是控制构件发生弯曲破坏，而不是剪切破坏，避免脆性破坏，充分发挥塑性铰的能力。

4.1.3 强节点若构件

以下为在设计中加强节点的措施：

⑴构造保证。

(1) 增加连接强度，如增加焊缝厚度和螺栓大小。

(2) 梁端加腋或加隅撑。

(3) 加厚梁柱节点域的腹板厚度或增设水平和斜向加劲肋。

⑵计算保证。

(1) 按抗震弹性设计：计算中考虑抗震承载力调整系数为0.85，初步确定焊缝尺寸或螺栓数量、间距、直径。

(2) 按以上确定的焊缝尺寸或螺栓数量、间距、直径验算连接的抗震极限受弯、受拉和拼接承载力是否大于其构件的屈服承载力，并留有一定的裕量。

4.2 支撑体系

屋面支撑和柱间支撑是保证单层工业厂房结构稳定的重要构件，尤其是柱间支撑，在地震中常出现支撑斜杆的扭曲，随之引起支撑与钢柱连接节点的破坏，而交叉式支撑中部的连接处则出现节点板扭曲变形。当支撑与柱的连接节点为焊接时，其破坏特征多呈现为焊缝断裂或节点板撕裂，或者将连接处钢柱腹板拉裂;当支撑与柱子连接节点为螺栓连接时，多呈现为：螺栓孔处的节点板断裂，支撑杆端的连接孔处断裂、连接螺栓剪断、支撑螺栓连接端部板开裂、支撑节点板与柱剪断等破坏。据统计，螺栓连接的支撑破坏高于焊接连接。故在抗震设计时，支撑连接宜优先选用焊接连接，在实际工程中也有螺栓连接和焊接连接同时使用的情况。柱间支撑的设置和构造，应符合下列要求：

⑴一般情况下，应在厂房单元中部设置上下柱间支撑，且下柱支撑应与上柱支撑配套设置;

⑵有起重机或8度和9度时，宜在厂房单元两端增设上柱支撑;

⑶厂房单元较长或8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，可在厂房单元中部1/3区段内设置两道柱间支撑。

⑷下柱支撑的下节点位置和构造措施，应保证将地震作用直接传给基础;当6度和7度 (0.10g) 不能直接传给基础时，应计及支撑对柱和基础的不利影响采取加强措施。

⑸交叉支撑在交叉点应设置节点板，其厚度不应小于10mm，斜杆与交叉节点板应焊接，与端节点板宜焊接。

4.3 围护结构

维护结构的破坏多由于拉结不足或者高宽比比较大造成破坏，在以后的设计中应加强柱与墙的拉结，调整高宽比，局部可采用框架、轻质围护墙等措施减少震害。

5 构件连接

5.1 节点脆性破坏原理

众多学者的研究表明，节点的脆性破坏原因主要是由焊缝的质量和较高的二向应力引起。节点脆性破坏的典型模式为：脆性裂纹自梁下翼缘与柱翼缘相交焊缝处，通过不同途径扩展，导致多种多样的断裂模式。相关学者一共总结了8种裂纹形式，其中有7类裂纹起源于梁下翼缘和柱翼缘的交叉区域，这充分说明了节点的梁底部翼缘焊接区是发生脆性破坏的主要区域，具体的破坏原因可以总结为以下几点：首先是结构在焊接过程中的问题。在焊接过程中容易产生各种影响因素，包括焊缝金属的冲击韧性低和焊缝存在的缺陷，这些都是应力集中可能产生的结果。在地震力作用下，梁柱的节点外应力值较大且状态复杂，焊接部位的钢材往往处于二向应力状态，从而使节点焊缝截面成为结构的薄弱环节。而钢材的韧性，仅在较细的杆件处于单轴应力状态下才得以充分发挥，当其处于三向应力状态下，就很难充分发挥材料的优势性能，从而就会在没有明显屈服现象的情况下发生脆性破坏。其次，在坡口焊缝处的衬板和引弧板造成的“人工”裂缝的存在，也会使裂缝尖端的应力极度系数超过临界值，从而引发不稳定断裂。再次，梁柱连接处的钢材因受到约束不能转动，尤其是当柱翼缘板材较厚时，这种约束使梁柱节点处钢材不能屈服，从而加剧了该处焊缝的局部高应力，也增大了再焊缝缺陷中引发裂缝的几率。另外还有柱节点板域过大的剪切屈服变形，组合楼板产生的负面影响等其他多种因素。

5.2 梁柱节点的设计原则

钢框架梁柱连接节点的基本设计原则就是节点必须能够完全传递被连接板件的弯矩和剪力，充分发挥钢材的塑性性能，保证钢框架梁柱节点在地震作用下少发生甚至不发生脆性破坏。据此提出的节点设计方法，概括起来为如下几点： (1) 将塑性铰的位置外移; (2) 对梁翼缘焊缝衬板缺口效应进行处理; (3) 改进形切角构造; (4) 选用有较高冲击韧性的焊缝; (5) 将梁腹板与柱子焊接。

在抗震设计中，直接的满焊焊接可能无法满足要求，要通过抗震措施来加强。目前，主要采用将塑性铰自梁端外移来避免强震下梁柱连接外焊缝破坏的做法，其常用的方法有以下几种： (1) 加强梁端截面; (2) 局部削弱梁截面; (3) 狗骨式与梁端加强式相结合的做法。这几种方法的目的都是相对地加大梁端的局部截面，减小该处的局部应力，确保结构发生延性破坏。但在节点局部加强时应十分注意，不要因此而出现弱柱的情况，否则违背强柱弱梁的设计原则。

另外，还应注意以下构造措施： (1) 梁与柱刚性连接时，按抗震设防要求，柱在梁翼缘上下各500mm的节点范围内，柱翼缘与柱腹板间或箱型柱壁板间的组合焊缝，应采用全焊透剖口焊缝; (2) 当梁翼缘的塑性截面模量小于全截面塑性截面模量的70%时梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列。当仅需要一列时，仍应布置两列，且螺栓总数不得少于计算值的1.5倍; (3) 螺栓孔等对梁全截面的削弱率不应大于25%。通过这些构造措施的改进，就能保证在大震作用下，梁上出现塑性铰，从而减轻震害，实现大震不倒的抗震设计目标。

6 结语

本文从场地选择、平面布置、地基基础、结构体系、构件连接等方面概括了单层钢结构工业厂房的抗震原则和要求。从而让我们了解到，在设计单层工业厂房时，应从提高厂房整体的抗震性能着手，使厂房在总体上满足抗震的要求，而不仅仅考虑局部构件和部位，随着对地震作用研究的深入，对地震设计的经验总结也越来越全面。近年来多地发生地震也使抗震设计越来越受到重视，工业厂房的抗震设计发展前景将会更广阔。●

参考文献

[1]刘丽平.浅谈钢结构工业厂房的抗震设计.山西建筑, 2011 (4)

[2]陈庭芳.单层钢结构工业厂房抗震设计分析.甘肃科技, 2011 (2)

[3]郝润霞.浅谈抗震设计的总体要求.科教视野, 2007 (7)

[4]GB50011-2010.建筑抗震设计规范

解析钢铁工业单层厂房钢结构设计 篇5

一、单层厂房钢结构所具有的特点

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。

单层厂房钢结构所具有的这些特点会在一定的程度上给实际的厂房建设活动带来一些新的问题。

二、柱距经济性问题

在过去, 我国多采用钢筋混凝土的大型板作为工业厂房中的围护结构。因此建筑的模数以及基本的柱距都是6 m。如果使用轻型的围护结构就会使整个厂房失去它的经济性。日本在对厂房结构进行了一定时期的分析以后得出结论:15 m才是最适合的经济性柱距。而西德的相关研究人员得出的结论是:15~20m是最合适的柱距。如果与宝钢的具体实际相结合进行分析应该得出的结论是25 m最合适。在研究柱距经济性的时候除了要考虑钢材的消耗量还应该考虑其它的施工因素以及对轧制型钢的使用是否合理。一定要严格按照工厂依据尺寸定制的钢材来设计所需的构件。此外要适当照顾一下吊车的运行要求, 尽量保持柱距的统一性。同一个跨内两侧相互对应的吊车梁在跨度上要保持一致。

三、处理好屋盖的结构体系

1. 屋面材料的选取

选取先进的压型板, 使屋面的坡度在1/10与1/20之间。宝钢的厂房建筑用的是W550型的彩色压制钢板跟铝合金压制板。单层的屋面长度最大值是87 m, 长尺板型为30 m, 中间有两条搭缝, 而且在搭缝处没有出现渗漏问题。铝合金压型板的寿命能超过20年, 并且这种压型板70%可以被回收再利用。这种压型板也有自身的缺点:刚度比较差、施工过程中容易变形、容易发生渗漏等。

2. 天窗型式的设计

单层厂房必须设有天窗, 天窗型式有纵向和横向两种。一般情况下, 如果车间的热量过大, 需要对其进行大量排热时就应该选择横向的天窗。要注意下沉式的横向天窗, 这类天窗的结构比较复杂, 比较适合屋架间距为12 m的厂房。纵向天窗的构造比较简单, 但是需要对其设置天窗架, 这样一来它的受风面积会增大, 柱脚的弯矩也会增大。上承式横向天窗的天窗架太大, 因此它的耗钢量也很大, 不过受风面积比纵向天窗的小。

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12~20 mm之间。大型厂房的柱肢翼缘已经达到了50 mm。

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、墙皮系统

在进行大型厂房结构的设计中, 要注意将结构设计为独立的系统。这样做可以使整个构造简单化, 避免柱间支撑和水落管等组成部件的相互碰撞。

钢铁工厂的厂房下部由于通风和出入口等原因, 通常需要全部或者是局部的敞开, 在这种情况下。吊挂式的墙皮是最合适的。

六、支撑系统

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。

七、厂房钢铁结构的实际工作

一般情况下, 设计师在进行设计计算时, 不会太注意各个结构之间的相互协调。此外, 预算与实际结果往往有太大的出入。在实际情况中我们常常会遇到以下问题。

(1) 在对排架进行分析时, 要注意柱顶的水平剪力和天窗架的低脚剪力, 它们会对屋架杆件的内力产生一定的影响。

(2) 要注意吊车轮产生的偏压作用。

(3) 要注意温度应力还有伸缩缝和钢结构骨架纵向构件之间的相互联系。温度对钢结构的作用与荷载量的作用不一样, 不能采取硬“抗”的方式, 只能通过“放”的方法。这里的“放”是指要合理地选择结构固定点, 实现温度应力的基本协调, 使得温度应力保持平衡。

八、结语

在进行厂房建筑施工之前, 要对整个厂房钢结构做一个合理的设计。要做好以下工作:对钢结构的构件要有精确的计算结果;选择好起重机械;选择合理的构件吊装方式;明确吊装的流水程序;制定好施工进度计划表;合理地布置各种构件的平面位置等等, 只有做到这些才能保证厂房的质量, 提高厂房在应运中的安全性能。

摘要：本文主要对我国钢铁工业中的单层厂房在钢结构设计上的经验做了一个简单分析。并且提出了进行厂房钢结构设计时应该注意的问题。全文特别提出应在设计中着重提高综合性经济效果的概念, 并做了一些比较具体的分析和比较。与此同时, 还提出了一些在已往的设计工作中容易被忽视的问题。最后, 又针对这些问题提出了一些新的见解。

关键词：钢铁工业,厂房,钢结构,设计经济效果

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) .

[3]许国良.一钢不锈钢工程主厂房钢结构设计[J].上海宝钢工程设计, 2011 (02) .

某单层排架厂房结构检测与鉴定 篇6

单层排架结构的厂房是二十世纪我国工厂主要采用的结构之一，由于使用年代久远，这种厂房在使用的过程中结构性能逐渐退化，安全性问题不断显现。

近年来业内对此类结构的安全性与抗震性能进行了检测鉴定，其方法各有异同，本文结合某单层排架厂房结构检测鉴定的实例，介绍了该类工程检测鉴定的方法。

1 工程概况

某单层钢筋混凝土排架结构厂房，排架柱网轴线尺寸为6 m，柱间跨度为15 m，建筑面积1 029.1 m2。该厂房建于20世纪80年代，使用至今已有20余年，建成初期，其围护砖墙出现多条斜裂缝并不断发展，针对此情况业主曾对其地基进行了加固，并采用型钢加固了开裂墙体，墙体裂缝得到了一定的控制，但近年厂房工人反映时常可听到厂房屋面出现异常响动，并怀疑厂房主体结构已经出现变形，现场观测发现该结构墙体裂缝至今仍有发展的迹象。

厂房柱网平面布置见图1。

2 现场检测内容及结果

2.1 场地及地基基础情况调查

该工房建于沟底，建设场地为Ⅰ级非自重湿陷性黄土，地基处理采用3∶7灰土处理，条基处理深度为500 mm，每边宽处基础底300 mm，杯形基础处理深度1 000 mm，每边宽处基础400 mm，要求灰土干容重大于1.6 g/cm3。柱基础采用钢筋混凝土杯形基础，混凝土强度等级为150号，垫层用75号素混凝土。1993年曾对该厂房北侧室外散水及路面进行修整，当时中部吊车附近室外路面层出现约70 m2的凹陷，凹陷深度为30 cm。目前室外硬化地面可见通长地面开裂。

2.2 结构变形现状检测

2.2.1 排架柱变形现状检测

采用全站仪对排架柱垂直度进行检测，柱平面外倾斜量的限值H/750=10.33 mm(H=7 750 mm为柱高)，大部分柱的倾斜量已超过该限值，该部分柱子按混凝土构件评级应评为C级构件，其中16个柱子柱平面外倾斜量超过H/500=15.5 mm的限值，该部分柱子按混凝土构件变形应评为D级。整体看来，工房排架结构呈扭曲状，且柱倾斜值较大，已经对排架结构受力产生较大不利影响。

2.2.2 屋面梁构件变形现状观测

采用全站仪对该厂房内屋面梁的梁两端高差、竖向挠度进行了观测，其中每个梁构件布置3个测点。根据观测结果，该工房混凝土屋架梁的最大挠度值为1/500均未超过表中允许挠度变形限值1/450，目前屋架下挠情况不影响其正常使用。从总体观测，目前厂房屋架南端梁底标高普遍高于北端梁底标高，表现出一定的整体规律性。

2.2.3 围护墙体整体侧移观测

采用全站仪对该工房围护墙体整体侧向倾斜进行了观测。经计算，发现该结构墙体顶点最大侧移值为66.2 mm，见图2。该结构墙体倾斜量已经超过D级限值60 mm。

2.2.4 围护墙体沉降观测

采用全站仪对该工房围护墙体沉降进行了观测。观测过程以窗户过梁底面(即该结构圈梁底面)为测试水平线，由观测结果知，该结构北边墙体沉降差值较大，最大差值达到105 mm，同时相邻测点最大沉降差达到39 mm，局部沉降差值过大，见图3。

2.3 材料强度检测

2.3.1 混凝土材料强度检测

现场对排架柱结构混凝土实际强度进行检测，依据设计图纸，排架柱混凝土设计强度等级为250号。采用满足现场客观条件的回弹法检测排架结构混凝土实际强度。由检测结果知混凝土强度试验值最大为33.1 MPa，最小为26.6 MPa，回弹法测抗压强度试验结果较为均匀。由于构件碳化深度大，为使排架结构承载力校核计算结果更加安全可靠，故以本次鉴定在计算时将排架柱混凝土强度等级按C20取值。

2.3.2 围护墙砌筑砂浆强度

采用贯入法检测、评定该工房围护墙砌筑砂浆的实际抗压强度。现场在该工房内部随机共抽取6个测区，依据检测结果，该工房围护墙体砌筑砂浆的实际检测强度可评定为0.75 MPa，砂浆强度较低，砌筑质量差，部分砂浆呈粉末状。

3 结构安全性及结构抗震鉴定

依据GB 50144-2008工业建筑可靠性鉴定标准、GB 50223-2008建筑工程抗震设防分类标准、GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准等的有关规范条文对该厂房现有结构进行鉴定。

3.1 场地、地基和基础

按地基变形观测资料或上部结构反映的检查结果对地基安全性进行评级。根据上部结构现状结果，该结构围护墙体出现与地基基础不均匀沉降有关的整体侧移，该结构地基基础安全性等级为Cu级。该结构属于8度设防时的乙类建筑，根据上部结构整体垂直度、沉降现状及墙体裂缝现状的检测结果，可判断该建筑地基基础现状无严重静载缺陷。

依据GB 50023-2009:地基主要受力层范围内不存在软弱土、饱和沙土和饱和粉土或严重不均匀土层的乙类、丙类建筑，可不进行地基基础的抗震鉴定。

3.2 上部结构鉴定

上部承重结构子单元的安全性鉴定评级，应按结构整体性和承载功能两个项目进行评定，并取其中较低的评定等级作为上部承重结构子单元的安全性等级。对乙类建筑应按设防烈度9度对结构抗震措施进行核查。

1)结构整体性的评定应根据结构布置和构造、支撑系统两个项目中的较低等级作为结构整体性的评价等级。

根据上述结构布置和构造、支撑系统两方面级评级结果，依据GB 50144-2008，上部承重结构子单元的安全性等级按构件的整体性等级评为Bu级。

2)按结构承载功能的等级进行评级。

根据现场检测结果，采用PKPM对该工房现有结构分别进行建模计算，依据《工业建筑可靠性鉴定标准》，将上部结构分为12榀框架平面计算单元，考虑到排架结构的相同性，故只选择其中的一榀框架进行计算。

对轴线(3)上的排架柱配筋进行计算，计算简图和配筋包络图分别见图4，图5;计算结果见表1，显示排架柱各个控制截面中的实际配筋面积均大于计算所得钢筋面积，即现结构排架柱可满足承载力需求。

通过PKPM输出的结果可知各节点位移，见表2。

可知结构顶点位移最大值为15.7 mm满足《工业建筑可靠性鉴定标准》规定的C级限值大于H/750。

经计算可知，一榀框架中重要构件符合承载力要求，依据《工业建筑可靠性鉴定标准》可知每榀框架的安全性等级为Bu级。但顶点侧移过大，应将上部承重结构的承载功能评级定为Cu级。

mm2

mm

3)上部结构抗震鉴定。

厂房跨度为15 m，柱距为6 m，场地类别为Ⅲ类，屋盖采用钢筋混凝土屋面梁，不符合GB 50023-2009第8.3.1条3规定的按9度设防时屋架宜为钢屋架的要求。厂房屋盖采用15 m跨度薄腹梁无檩屋盖，未在厂房单元两端设置竖向支撑，不符合GB 50023-2009第8.3.3条2规定的“8度～9度时跨度不大于15 m的薄腹梁无檩屋盖，屋架支撑系统布置和构造可仅在厂房单元两端各有竖向支撑一道”要求。

9度时屋面梁与柱子连接宜用螺栓;屋面梁端部支承垫板的厚度不宜小于16 mm,9度时柱顶预埋件的锚筋416(As=803.8 mm2)，有柱间支撑的柱子，柱顶预埋件还应有抗剪钢板;柱间支撑与柱连接点预埋件的锚件，9度宜采用角钢加端板。而该厂房屋面梁与柱子采用2根20螺栓连接，支承垫板厚度仅为8 mm，锚筋为612(As=678.2 mm2)。不符合GB 50023-2009的相关要求。

柱间支撑的有关连接部位柱顶预埋件有抗剪钢板，抗剪钢板采用螺栓连接，但螺栓锚固不紧，故厂房结构构件现有连接不符合规范要求，需采取相应的加强措施。

依据图纸可知，粘土砖围护墙(纵墙及山墙)沿柱高每隔625 mm设置26钢筋与柱拉结，不符合GB 50023-2009第8.3.7条1规定的拉筋间距不应大于500 mm的要求。

综上所述，该厂房在排架的构造与配筋、厂房结构现有的连接构件、围护结构的连接构造等方面不满足GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准相关抗震鉴定要求，应评为结构综合抗震性能不满足抗震鉴定要求。

4 结构鉴定结论及建议

4.1 不考虑抗震设防时的结构静力安全性鉴定结论

该厂房现有结构安全性等级均评为三级，在不考虑抗震设防时的结构静力状态下，该工房不满足日常安全使用要求，需做必要的加固处理。

4.2 考虑抗震设防时的结构抗震鉴定结论

该厂房现有结构的综合抗震性能不满足抗震鉴定要求，达不到该地区设防烈度(8度0.20g)的抗震设防要求，不具备充分抵御地震灾害的功能。建议对厂房现有结构采取抗震加固措施，以提高结构抗震防灾能力，避免严重震害对生命财产造成损失。

参考文献

[1]GB50144-2008,工业建筑可靠性鉴定标准[S].

[2]GB50223-2008,建筑工程抗震设防分类标准[S].

[3]GB50023-2009,建筑抗震鉴定标准[S].

[4]GB/T50344-2004,建筑结构检测技术标准[S].

单层工业厂房结构构件 篇7

关键词：单层厂房,重型钢结构,主钢架,钢架柱,优化

一、前言

随着我国制造业和工业的不断发展,需要建造跨度、高度、柱网间距、 平面空间尺寸及起吊吨位更大的单层钢结构厂房来满足制造上的要求。 在重型单层钢结构厂房中,约为50% ~ 70% 的钢材需要应用于钢架柱和吊车梁。钢材的价格价位昂贵,因此对单层重型钢结构厂房主钢架结构优化,确定合理的用钢量以降低建造成本意义巨大。

二、单层重型钢结构厂房工程概况

某设备加工制作车间厂房地处北京市工业园区位置,该厂房设计为单层重型钢结构,长290m,宽为45m,柱子间距10m。厂房主钢架跨度为40m,并设有两台3000 /32吊车和150 /20t吊车。轨道轨顶标高为23. 7m。

三、主钢架结构设计

该厂房为典型的单榀钢结构排架结构形式的厂房,本文采用PK- PM2010版中STPJ功能模块对主钢架结构进行内力分析计算。

1. 荷载设计取值

该钢架结构厂房采用永久荷载+ 附加活荷载组合方式进行设计。永久荷载为钢结构的恒荷载( 0. 50KN/㎡) ; 附加活荷载由活载( 0. 50KN/ ㎡) 、风荷载、雪荷载、地震荷载及吊车荷载组成。其中风荷载的基本风压为0. 56 KN/㎡,地面粗糙系数为B类,按照规范《建筑结构荷载规范》 ( GB50009 - 2012) 中的相关条款确定风的高度系数和体型系数。雪荷载的基本雪压为0. 26 KN/㎡( 约100年重现一次) ,按照规范《建筑结构荷载规范》( GB50009 - 2012) 中的相关条款确定屋顶积雪厚度分布系数。地震荷载考虑到厂房为人员较多的场地,故采用多遇地震设计,抗震设防烈度为7度,地震分组为第一组,场地列别为IV类,场地的特征周期为0. 90s,阻尼比的值取0. 05。吊车荷载按一台3000 /32吊车和两台150 /20t吊车计算。

2. 构造柱的设计方案

使用PKPM2010版中STPJ功能模块对单层重型钢结构厂房主钢架结构使用的钢管混凝土格构柱和H型钢格构柱进行对比分析计算,两种方钢架柱截面尺寸和先关构建尺寸的等规格见表1和表2。

3. 结算结果分析对比

通过PKPM计算,单层重型钢结构厂房主钢架结构使用的钢管混凝土格构柱和H型钢格构柱均满足《钢结构设计规范》( GB50017 - 2003) 的要求,相关计算结果和钢材使用量图表3所示。

由表3可以得出,采用钢管混凝土的厂房主钢架结构,其钢架柱的最大应力比和风荷载引起的柱顶位移比采用H型钢的厂房主钢架结构相对较小,说明采用钢管混凝土的钢架结构的刚度值较高,安全系数较大。同时,采用钢管混凝土的钢架结构用钢量相对采用H型钢的厂房主钢架结构减少了约为20% 。因此,无论从结构的受力方面考虑还是从建造成本上的考虑,采用钢管混凝土的钢架结构相对较为合理、经济和安全。

四、钢构架结构形式的优化与分析

根据使用功能要求的不同,单层重型钢结构厂房的吊车吨位层次不齐。通常选用钢管混凝土格构柱和H型钢格构柱的厂房主钢架结构形式, 但此两种形式的具体应用与吊车的吨位有一定的相关性,因此要对二者的应用进行优化分析。

优化分析通过调整吊车的荷载组合,构件钢管混凝土格构柱和H型钢格构柱两种结构模型,分析在吊车荷载变化情况下两种结构形式的受力状态。相关模型的计算结果见表4和表5。

分析表4和表5可知: 1两种结构形式的应力比较为接近,差异不大。 2钢管混凝土柱顶位移相对H型钢柱顶位移减小10% ~ 15% 。说明钢管混凝土结构形式位移较小,对结构使用和安全都有理。3在水平吊车荷载作用下,钢管混凝土结构牛腿标高较H型钢牛腿标高减小20% ~ 25% ,能说明钢管混凝土结构形式能够有效缓解吊车运行过程中的卡轨现象。4钢管混凝土结构相对H型钢结构钢材用量能减少约为20% 。

五、结论

单层工业厂房结构构件 篇8

关键词：轻质砌块,高厚比,柱顶位移,水平挠度

0 引言

在外围护采用压型钢板等轻质板材的单层钢结构厂房和仓库的设计中, 建筑设计常会采用砌体墙作为各防火分区或者建筑功能分区的分隔内墙。砌体墙如何在高大的单层钢结构厂房建筑中保持稳定及如何减少砌体墙对主结构地震作用的影响, 在相关的规范和设计手册中很少涉及这方面的内容, 本文从墙体稳定、主体结构计算和构造措施方面进行较全面的分析和探讨, 供设计同行参考, 也希望得到专家的指正。

1 砌体内隔墙的结构布置

某一上海地区单层厂房采用门式刚架轻型结构, 柱脚与基础刚接。纵向柱距为9 m, 建筑长度为9 m×8=72 m;横向共3跨, 每跨跨度为24 m, 檐口标高9.000 m, 屋面坡度为3%, 屋面及外墙围护采用压型钢板。在 (1) 轴, (2) 轴, (3) 轴, (4) 轴纵向柱列设有两道柱间支撑, 采用Ф30圆钢。建筑平面内部沿 (2) 轴, (3) 轴纵向设有两道砌体隔墙, 墙体高约10 m, 并在?轴横向跨度方向亦设有到屋顶的砌体墙。墙体与刚架柱贴砌。墙体采用200 mm厚A5.O级蒸压加气混凝土砌块, 采用专用砂浆砌筑, 容重为11 k N/m3。见图1~图3。本项目的设计使用年限为50年, 所在地区的抗震设防烈度为7度, 设计地震分组为第一组, 设计基本地震加速度为0.10g, 场地类别为Ⅵ类, 特征周期为0.9 s。屋面恒载为0.25 k N/m2, 主结构屋面活荷载为0.3 k N/m2, 基本风压为0.55 k N/m2, 基本雪压为0.20 k N/m2, 地面粗糙度为B类。风荷载体型系数根据CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 (2012年版) [6]附录A风荷载的参数取值。

当砌体内隔墙沿厂房柱列纵向设置时, 可在墙体位置布置主结构柱, 利用主结构柱作为墙体的壁柱, 墙体与柱贴砌。当砌体墙沿厂房跨度横向布置时, 在建筑跨度内增加墙柱来保证墙体的稳定。墙柱顶部与屋面梁铰接, 梁底设节点板并采用竖向长椭圆孔与墙柱连接, 墙柱不承受屋面竖向荷载, 墙柱柱脚与基础可采用铰接形式。屋面在墙柱相应位置增加水平系杆及屋面水平支撑来保证墙体水平荷载 (地震荷载、可能的风荷载) 能有效传递到基础并加强主体结构的稳定。

砌体内隔墙为自承重墙, 与结构柱采用贴砌, 并与结构柱进行拉结。当结构进行地震作用计算时需计入其全部自重, 当采取有效措施时, 可不计入对主体结构刚度的影响。

单层钢结构厂房内采用砌体隔墙时, 为防止由于主结构的过大变形而引起砌体墙开裂, 应控制主结构的柱顶水平位移。对于门式刚架轻型房屋在《金属建筑系统设计与规范》[8]中建议“对于有砌体墙或混凝土外墙与金属刚架相连的情况, 采用传统建筑的侧移限值是合理的, 如地震作用下取H/200, 风荷载作用下取H/200” (H为柱顶高度) ;而在CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的勘误[9]中提出“无吊车采用砌体墙时的柱顶位移限值h/100应改为h/240”。当建筑为普通单层钢结构厂房时, GB 50017-2003钢结构设计规范[7]附录A中规定在风荷载标准值作用下无桥式吊车的单层框架柱顶位移不宜超过H/250 (H为柱顶高度) ;多层框架的层间相对位移不宜超过h/400 (h为层高) ;GB 50011-2010建筑抗震设计规范[1]中第5.5.1条规定:在多遇地震作用下, 多、高层钢结构的弹性层间位移角限值不大于1/250。因此, 笔者认为对于有砌体隔墙并与主结构拉结的单层钢结构建筑, 柱顶位移可按下列数值控制, 在风荷载作用下不大于H/400, 在多遇地震作用下不大于H/250。

墙体材料应优先选用轻质块材, 如蒸压加气混凝土砌块等, 详见表1, 自承重砌体墙用块体密度不宜大于1 200 kg/m3。自承重墙体不应采用非蒸压硅酸盐砖 (砌块) 及非蒸压加气混凝土制品。地面以下或者防潮层以下与土壤长期接触的砌体, 不应采用空心块体材料砌筑。内隔墙块体的最低强度等级和最大干表观密度见表1。

砌筑砂浆的强度等级不应低于M5。室内地坪以下以及潮湿环境砌体的砂浆强度等级不宜低于M7.5, 且应为水泥砂浆、预拌砂浆或专用砌筑砂浆。蒸压加气混凝土砌块宜优先选用专用砂浆或粘合剂砌筑。

2 墙体高厚比验算及构造要求

以所设砌体墙为例, 阐述高厚比验算过程。

墙体高厚比需满足GB 50003-2011砌体结构设计规范[2]中公式6.1.1:

H0的取值:由于墙高10 m大于刚架柱距9 m, 则H0=0.6×柱距=0.6×9=5.4 m。

[β]的取值:根据CECS 289∶2011蒸压加气混凝土砌块砌体结构技术规范[5]中表4.1.1的要求取24, 见表2。

μ1的取值:根据CECS 289∶2011[5]中第4.1.1条规定, 非承重墙的允许高厚比修正系数为1.3。

μ2的取值:由于柱距内设有4 000 mm宽的卷帘门, 则:

因此, μ1μ2[β]=1.3×0.822×24=25.65<27, 高厚比不满足要求。在墙体内每隔4.5 m设置截面为200 mm×400 mm的构造柱, 按带构造柱墙重新验算墙体高厚比。

β=H0/h≤μ1μ2μc[β]中除μc外其余参数不变。

其中, γ的取值:根据《砌体结构设计规范》[2]第6.1.2条, γ取1.5;bc的取值:bc为构造柱沿墙长方向的宽度, 取400 mm;l的取值:构造柱的间距, 取4 500 mm。

则μ1μ2μc[β]=1.3×0.822×1.133×24=29.07>27, 带构造柱墙的高厚比满足要求。而构造柱间墙的高厚比H0/h=0.6×4 500/200=13.5, 亦能满足规范要求。

《蒸压加气混凝土砌块砌体结构技术规范》[5]第5.2.4条规定:内部砌体填充墙高厚比大于18时, 应在墙中设置现浇钢筋混凝土带。本工程在墙体高度范围内每隔3 500 mm以及墙体顶部设置截面为200 mm×200 mm钢筋混凝土圈梁, 内配纵向钢筋为4Ф10, 箍筋为Ф6@200。

墙体沿长度方向在墙体端部, 伸缩缝两端及不小于2 100 mm宽的门洞两侧设置截面为200 mm×400 mm的构造柱, 构造柱间距不大于4 500 mm, 内配纵向钢筋为4Ф12, 箍筋为Ф6@200。构造柱与砌体之间结合处采用马牙槎, 并每隔500 mm~600 mm设2Ф6拉结筋, 拉结筋在柱边每侧伸入墙内长度不小于1 000 mm。

由于考虑构造柱有利作用的高厚比验算不适用于施工阶段, 所以在砌筑墙体时要合理安排每天的砌筑, 每天的砌筑高度不大于1.5 m并及时浇筑构造柱。

当墙体长度大于40 m时设置一道30 mm宽的伸缩缝。缝内填充聚苯乙烯泡沫塑料板等压缩性能好的填充材料, 当墙体有防火要求时缝内填充能满足耐火时间的柔性防火材料。

3 墙柱的设计

砌体内墙的墙体是自承重的, 内墙的墙柱亦不承受风荷载, 但要考虑在地震作用下, 砌体墙自重对墙柱的水平地震作用。墙柱垂直于墙面的截面高度不宜小于平面外水平支点距离的1/40, 其长细比按压弯构件控制不小于150。

对于在水平地震作用下控制墙柱的水平挠度控制, 在《金属建筑系统设计与规范》[8]中第11.2.10节写到“标准建筑法规 (SBC) 限制用脆性装饰材料的内、外墙及隔墙的水平挠度不得大于H/240”。而在CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 (2012年版) [6]中第3.4.2条规定“支承砌体墙的墙梁的水平挠度限值为L/180且小于等于50 mm”。因此, 在水平地震作用下控制墙柱的水平挠度不大于H/240, 且不大于50 mm。

本项目的墙柱截面为H300×250×5×10, 截面的Ix=11 431.33 cm4, Iy=2 604.45 cm4, ix=13.36 cm, iy=6.37 cm, A=64 cm2。墙柱H约为9.5 m。

墙柱两端铰接, 计算长度取实际长度9.5 m, 则λx=71.1, λy=149, 满足长细比要求。

墙柱沿高度每米的水平地震作用标准值按下式计算:

墙柱柱中在水平地震作用标准值作用下弯矩MEK=Fe KH2/8=79.42 k N·m, 经计算墙柱最大水平挠度为31.53 mm, 小于9 500/240=39.58 mm且小于50 mm, 满足要求。

4 砌体内隔墙与主结构连接的抗震措施

与主结构贴砌并与主结构拉结的砌体隔墙, 其对主结构的影响主要体现在地震作用时砌体墙的刚度对主结构的影响以及其质量对主结构的影响。而主结构亦要控制荷载和地震作用下的柱顶位移, 以免对砌体墙产生不利作用。接下来以本项目为例, 针对以上内容, 概述一下设计思路。

本项目设计中砌体墙与结构柱的拉结节点, 允许沿墙体方向滑动, 因此在地震作用下主结构计算分析时不计入墙体刚度, 但要计入墙体质量。该结构中无吊车荷载, 对柱顶位移起控制作用的主要是风荷载和地震作用, 节点中滑动空间长度不小于两者作用下计算结果的大值。

本项目建筑平面规则, 厂房的横向抗震验算和结构内力分析均按平面框架进行计算, 由于墙柱不承受屋面荷载因此建模时不考虑。

以刚架为例, 计算模型中屋面均布恒荷载标准值为:0.25×9=2.25 k N/m;屋面均布活荷载为标准值:0.3×9=2.7 k N/m, 见图4。

屋面左 (右) 风荷载标准值为:-1.0×1.05×0.55×9=-5.2 k N/m, -0.65×1.05×0.55×9=-3.38 k N/m。

柱间左 (右) 风荷载标准值为:0.25×1.05×0.55×9=1.3 k N/m, 0.55×1.05×0.55×9=2.86 k N/m, 见图5。

(3) 轴柱顶考虑附加砌体墙质量为:0.2×11×12×5=132 k N;

(4) 轴柱顶考虑附加砌体墙质量为:0.2×11×12×5+0.2×11×9×5=231 k N, 见图6。

经PKPM系列软件中STS模块计算, 得出刚架在风荷载和地震作用下柱顶最大位移分别为4.4 mm和21.8 mm, 柱顶位移均小于H/250。

本项目中纵墙对称布置, 厂房的纵向抗震验算和结构内力分析均按柱列分片独立计算。

以 (3) 轴柱列为例, 计算模型中柱顶恒载标准值为:0.25×9×24=54 k N, 边柱顶恒载标准值为:0.25×9×24=27 k N;

中柱顶活载标准值为:0.3×9×24=64.8 k N, 边柱顶活载标准值为:0.3×9×24=32.4 k N, 见图7。

柱间左 (右) 风荷载标准值为:1.05×0.55×8× (-0.65) =3.0 k N/m, 1.05×0.55×8× (-0.15) =0.69 k N/m。

柱顶左 (右) 风荷载标准值为:1.05×0.55×16×5× (-0.65) =30.03 k N/m, 1.05×0.55×16×5× (-0.15) =6.93 k N/m, 见图8。

柱顶附加砌体质量为:0.2×11×9×5=99 k N。

交处柱顶附加砌体质量为:0.2×11×9×5+0.2×11×4×5=143 k N, 见图9。

经PKPM系列软件中STS模块计算, 得出 (3) 轴纵向排架在风荷载和地震作用下柱顶位移分别为6.4 mm和14.1 mm, 柱顶位移均小于H/250。

经以上计算得出柱顶最大位移值21.8 mm, 则墙体与柱的拉结节点中的可滑移空间设为25 mm, 大于21.8 mm, 满足钢结构的位移变形要求。拉结节点详见图10, 图11。

5 结论和建议

单层钢结构厂房内与主结构相连的内隔墙体, 应优先选用压型钢板、硬质金属面夹芯板以及铝合金板等轻型墙体板材, 当必须采用砌体墙时, 也应优先选用轻质砌块。

厂房内的隔墙长度和高度都较大, 要精心计算高厚比, 采用合适的墙体厚度, 合理布置构造柱和圈梁。

墙体与主结构柱的拉结要保证墙体稳定, 又要考虑减少在地震作用下对主体结构的影响, 墙体与结构柱的拉结节点采用地震作用方向可滑动节点。

参考文献

[1]GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].

[2]GB 50003-2011, 砌体结构设计规范[S].

[3]CECS 281∶2010, 自承重砌体墙技术规程[S].

[4]JGJ/T 17-2008, 蒸压加气混凝土建筑应用技术规程[S].

[5]CECS 289∶2011, 蒸压加气混凝土砌块砌体结构技术规范[S].

[6]CECS 102∶2002, 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

[7]GB 50017-2003, 钢结构设计规范[S].

[8]Newman A.金属建筑系统设计与规范[M].余洲亮, 译.北京:清华大学出版社, 2009.