厂房优化（通用9篇）
厂房优化 篇1
摘要：结合石油化工工程实例, 对门式刚架厂房柱脚与基础两种不同的连接形式以及将门式刚架厂房与排架结构厂房进行对比分析, 并针对相关的安全技术问题进行探讨, 指出门式刚架厂房柱脚方案选择以及屋面结构形式对比选择的必要性。
关键词：门式刚架,轻钢厂房,柱脚,排架结构
在工业厂房设计中, 较常见的结构形式主要有两种———门式刚架和排架。门式刚架结构具有自重轻、承载力高、整体刚度、稳定性、抗震性能以及安全性好, 制作简便、施工周期短、可建大空间、大跨度房屋等特点, 在日常生活中被广泛应用。由于上游专业以及厂房使用功能的要求, 排架结构厂房也很普遍。在厂房的结构设计过程中, 应通过对结构的选型以及设计方案的选择上合理配置, 使结构设计不仅技术上安全可行, 而且应争取在经济上达到最优。
1 门式刚架结构概述
1.1 门式刚架轻型厂房可分为四大部分:
1) 主结构:刚架梁、柱, 吊车梁;2) 次结构:屋面檩条、墙面檩条、抗风柱、墙梁;3) 支撑结构:屋面水平支撑、柱间支撑、系杆;4) 围护结构:屋面板、墙面板。
1.2 门式刚架轻型厂房设计内容
1) 柱网布置, 上游专业确定厂房的的大小, 柱距、梁的跨度;2) 刚架荷载的取值, 包括竖向荷载, 也就是门式刚架梁上各部件的重量, 雪荷载, 积灰荷载等;水平荷载, 水平荷载包括风荷载, 吊车荷载和水平地震荷载;3) 刚架梁柱截面设计选取和刚架的内力和侧移计算;4) 檩条设计;5) 隅撑设计, 6) 确定屋面支撑和柱间支撑的形式。
1.3 门式刚架轻型厂房设计的一般原则 (实腹式变截面H型钢)
根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的规定, 变截面门式刚架采用弹性分析方法确定各种内力, 按平面结构分析内力, 门式刚架的设计原则:保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构, 它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系, 结构组成空间静定结构, 才能稳定承担各种荷载和其他外在效应。
1.4 门式刚架荷载
门式刚架结构上作用的荷载一般有:竖直荷载 (结构自重、雪荷载、积灰荷载、竖向地震荷载等) 和水平荷载 (风荷载、吊车刹车力、水平地震荷载等) , 由于门式刚架轻型厂房的结构自重轻, 地震作用相对较小, 荷载效应时, 风荷载不与地震作用同时考虑。
1.5 设计依据及力学参数控制指标
1) 门式刚架结构设计的主要依据为《钢结构设计规范》 (GB 50017—2003) 、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS 102:2002) (2012年版) 和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 (GB50018—2002) 。
2) 结构力学参数控制指标, 如表 (1) 所示:
2 排架结构概述
排架结构厂房主要是由横向及纵向平面排架构成其承重体系。横向平面排架是由横梁 (屋架或屋面梁) 和横向柱列 (包括基础) 组成, 是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载及水平荷载主要是通过横向平面排架传至基础和地基。主要受力构件是横梁 (屋面梁或屋架) 、柱和基础。
与门式刚架最大的不同是:排架柱与横梁铰接, 与基础刚接。
为了简化计算, 对于排架结构设计一般作如下假定:
1) 柱下端与基础顶面为刚接, 不考虑基础位移和转动对排架内力及变形的影响;
2) 柱顶与排架横梁为铰接, 不能传递弯矩;
3) 横梁为轴向刚度很大 (可取EA=∞) 的刚性连杆, 不考虑其变形;
4) 每榀排架是独立工作的平面体系, 各榀之间互不联系。即不考虑各榀排架之间的相互影响。
作用在横向排架结构上的荷载情况与门式刚架相同。
3 柱脚刚接和铰接两种连接形式对比
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002第4.1.4条规定:“门式刚架的柱脚多按铰接支承设计, 通常为平板支座, 设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有5 t以上桥式吊车时, 宜将柱脚设计成刚接”。柱脚刚接时, 基础要承受较大的偏心弯矩, 在同等情况下, 基础比柱脚铰接时大, 这对于石化装置相对紧张的平面布置很不利。而柱脚铰接时, 柱顶位移相对较大, 为控制位移, 一般会加大柱截面, 这样又会导致用钢量的增加而不经济。因此, 柱脚是刚接还是铰接是压缩机厂房方案设计过程中很重要的问题。
《门刚规程》里讲“当用于工业厂房且有5 t以上桥式吊车时, 宜将柱脚设计成刚接”, 是否意味着有无5 t以上桥式吊车, 是判定柱脚刚接还是铰接的唯一条件呢?柱脚铰接时, 钢柱基础顶部所承受的作用力有竖直力和水平力, 而刚接时柱脚上的作用力还包括一个弯矩, 特别是在厂房较高及吊车吨位、风荷载较大的情况下, 刚架底端的弯矩相应也很大, 水平剪力在基础底面所合成的弯矩值较大。因此, 柱脚形式的选取, 除与吊车有关外, 还要取决于厂房的高度以及风荷载的大小。
下面以一具体工程实例, 在自然条件、荷载选取相同以及柱应力比控制相同的情况下, 分别采用刚接及铰接柱脚用PKPM-STS软件进行计算分析。
工程概况:门式刚架厂房跨度18 m, 桥式吊车5 t, 轨顶标高10.7 m, 檐口高度11.9 m。风荷载0.75 k N/m2, 所处地区抗震设防烈度7度, 第一组。
控制厂房柱应力比基本相同:
计算结果:
梁、柱截面及基础见表2, 由表2可以看出:柱脚刚接时, 截面较小, 位移也小, 截面由应力控制;而柱脚铰接时, 截面及位移都比刚接时大, 截面由位移控制。在控制厂房柱应力比相同的情况下, 柱脚刚接时, 厂房梁柱截面比柱脚铰接时要小。经统计, 厂房梁柱用钢量柱脚刚接大概是柱脚铰接时的77.2%;但柱脚刚接比柱脚铰接时基础面积大30%以上, 桩数相应也多。
综上所述, 柱脚形式的选取, 除需考虑厂房高度、基本风压以及吊车吨位等条件外, 还需对刚架构件截面大小、基础大小等经济性因素以及基础大小在装置平面内摆放的合理性等因素进行综合考虑。在设计时, 应选择两种柱脚形式进行试算, 选出既经济又合理的最优柱脚连接方案。
4 门式刚架、排架两种结构形式对比
将上文工程实例结构形式由门式刚架结构改为排架结构, 而自然条件、荷载均不变, 柱应力比也控制相同。选用PKPM软件中的PK模块对横向排架进行建模计算。
控制厂房柱应力比相同:
计算结果:
梁、柱截面及基础见表3。
由表3可以看出, 在相同条件下, 1) 排架结构比门式刚架位移略大;厂房下柱截面排架结构比门式刚架大;由于受柱长细比限制, 厂房上柱排架需与门式刚架取相同截面才能满足要求, 但上柱应力比较小;经统计, 总用钢量门式刚架大概为排架结构的92%;2) 两者基础大小很接近, 排架结构比门式刚架基础底板尺寸略大。整体来讲, 对于厂房柱截面的选取以及基础大小的控制上可能门式刚架略优于排架结构。但厂房除了刚架、排架柱、屋盖等主要钢结构构件外, 还有其它次要构件。不能轻易认定门式刚架与排架结构哪个更经济, 需对两种结构形式分别进行试算, 综合比较。对于厂房用钢量来讲, 两者非常接近。但如果在厂房上柱截面受限于吊车轨距的情况下, 选取排架结构可能会满足要求。
5 结语
通过对门式刚架厂房柱脚与基础刚接及铰接、厂房柱顶与屋面梁刚接及铰接两个方面对比分析, 阐述柱脚的连接形式以及屋面结构形式选择的必要性。压缩机厂房的结构设计同其它构建筑物一样, 是一个系统化的过程, 要在满足其安全性、适用性的基础上, 进行优化设计, 保证其经济性。厂房的各个结构部件相互联系, 互相影响, 需在各个结构部件的设计中寻找平衡点, 从而得到最优设计结果。
参考文献
[1]CECS 102:2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].
[2]04SG518—3门式刚架轻型房屋钢结构[S].
[3]GBJ 50017—2003钢结构设计规范[S].北京中国计划出版社, 2003.
[4]GB 50018冷弯薄壁型钢结构技术规范[S].北京:中国标准出版社, 2002.
[5]李星荣, 等编著.钢结构节点连接设计手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社, 2005.
[6]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京:科学出版社, 2005.
[7]程习红.门式刚架优化设计[J].安徽建筑, 2006 (5) :92-93.
厂房优化 篇2
一、工程概况：
100万台套汽车内饰项目分为1#厂房、2#厂房、办公楼工程。其中1#厂房建筑面积为21741.35㎡，建筑层数为地上一层，建筑高度为10.2m，结构形式为钢结构；2#厂房建筑面积为2090.83㎡，建筑层数为地上三层，建筑高度为13.35m，结构形式为钢筋混凝土框架结构；办公楼建筑面积为1845.05㎡，建筑层数为地上三层，建筑高度为12.90m，结构形式为钢筋混凝土框架结构。本工程1#厂房基础为旋挖钻孔灌注桩和独立基础两种形式，2#厂房、办公楼基础均为旋挖钻孔灌注桩。旋挖钻孔灌注桩基础持力层为中风化砂岩，岩石饱和抗压强度标准值为20.56MPa；独立柱基基础持力层为中风化砂岩，岩石抗压强度特征值（标准值）≥4.5MPa（9.85MPa）。
二、钢结构工程施工质量监理简述
我监理部严格依据《建设工程监理规范》（GB50319-2013）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-001）、设计文件、《建设工程委托监理合同》、我监理部编制的《监理规划》和《监理实施细则》，对重庆江都建设集团有限公司呈报的资质和施工方案进行了审核和批复，同意该项目开工，实施监理。
1#厂房工程在构件制作之前，于2015年3月26日在工程现场会议室组织对设计图纸进行了会审，钢结构进厂使用前我监理部对主体构件进行几何尺寸复核、外观检查，并对施工单位呈报的报验资料及时进行审核批复。施工过程中我监理部对基础轴线、地脚螺栓进行复核，并进行中间交接。并对钢柱垂直度的校正进行旁站监理，对一些重要的原材料、配件，如高强螺栓、钢板等进行了现场见证取样送检，复试结果全部合格。我监理部并对1#厂房、2#厂房、办公楼基础工程及屋面工程进行了严格监理工作，按照施工图纸及相关建筑规范、监理规范进行监理，对基础的轴线标高及尺寸进行了复核，对旋挖装地基承载力进行了岩芯取样，混凝土强度进行了抽样送检，见证了桩基超声波检测，报告均合格。并对基础及主体所使用钢材的规格、型号进行验收，并对钢筋原材、机械连接接头、焊接接头进行了取样送检，报告均合格。
三、见证取样情况
1、办公楼、2#厂房屋面：钢筋原材取样报告6份，焊接接头报告4份，机械连接接头报告2份，检测结果均合格。
2、基础分部工程：旋挖桩岩芯取样1#厂房13组、独立柱基础10组、2#厂房10组、办公楼10组；超声波检测报告1#厂房131份、2#厂房28份、办公楼26份，报告值均满足设计要求。砼抗压强度报告1#厂房共156份、2#厂房共29份、办公楼共26份，报告均合格。钢筋原材取样报告共18份、机械连接接头取样报告共4份，检测结果均合格。3、1#厂房钢结构主体：所使用原材及成品均有合格质量证明文件，材料检测报告共10份、地脚螺栓材料检测报告3份、高强螺栓抗滑移系数检测报告1份、扭矩系数检测报告4份、紧固轴力检测报告2份、钢结构焊接探伤报告1份，检测结果均合格。
三、对钢结构主体工程质量的评估意见
综上所述，该工程样板资料齐全、规范，各种保证资料、试验资料呈报均具备、完整，各检验批复主控项目全部合格，满足设计要求和规范规定，同意进行下道工序施工。
重庆市中泰工程监理有限公司
100万台套汽车内饰项目监理部
厂房优化 篇3
摘要：本文对水电站厂房结构动力分析作出了论述，为相关的工作者提供一定的借鉴和参考。文章旨在与同行互相学习、交流，共同进步。
关键词：水电站厂房；振动；机组支撑结构；结构优化
一、水电站厂房结构动力分析
水电站厂房是复杂的空间结构，在机组振动作用下，薄弱部位和构件的反应最为敏感，也最受关注。例如，机墩是主要的机组支承体系，其刚度和强度最为关键楼板是附属电气设备的基础，也是运行人员的受振载体。从振动控制角度出发，动应力的破坏较为少见，而对结构自振频率、振幅和刚度的控制至为重要。
对于直接承受机组动荷载的支承结构一机墩的动力分析，《水电站厂房设计规范》一附录给出了基于单自由度振动体系而推导出的自振频率及振幅计算公式，并对厂房机墩结构所承受的动荷载及其组合做出了一般性的规定。如此规定对于低水头、中小型发电机组的结构设计是适用的，国内多数电站是按这套方法设计的，运行中也未发生共振和其他问题。但对于高水头、大容量、高转速的水电站机组，采用规范中推荐的单自由度体系分析方法对计算结果有多大的影响，需进一步探讨。随着计算机的迅速发展，数值计算方法的不断完善和普遍应用，通过三维有限元方法进行机组支承结构动力特性的计算分析得到普遍运用。
1.工程实例基本情况
（1）工程概况
木加甲一级水电站位于云南省怒江州福贡县怒江右岸一级支流木加甲河上，通过木加甲跨江桥与怒江左岸主干公路相连，电站厂址距福贡县城73km，距昆明市769.0km。电站总装机容量60MW，安装2台单机容量30MW的冲击式水轮机。电站枢纽主要由首部枢纽、引水隧洞、调压井、压力钢管、发电厂房、开关站等工程组成，工程等级为三等。电站与电力系统的连接方式采用单回路110kV一级电压接入木加甲二级水电站，与木加甲二级水电站汇流后接入马吉中心变电站。
发电厂房由主副厂房、安装间组成，主厂房包括发电机层、水轮机层、球阀层、尾水道，副厂房包括技术供水室、高低压开关室、电缆层和中控室，主副厂房包括相应的水、油、气和通风、排水系统。主厂房轴线方向NW30°，平面尺寸42.8×19.6×33.3m（长×宽×高）。开关站布置于主副厂房背后山顶平台处，平面尺寸53.5×25m（长×宽），布置2台主变压器及110kV开关站，高压电缆经出线廊道引至开关站平台。电站水泵水轮机及发电机的参数见表1和表2。
表1 水泵水轮机主要参数表
参数单位数值参数单位数值
最大水头m498转轮直径m1.78
额定水头m479喷嘴个数个4
最小水头m479转动惯量t.m245
额定出力MW30.93额定转速r/min500
额定流量m3/s7.48飞逸转速r/min878
表2 发电机主要参数表
参数单位数值参数单位数值
额定容量MW30转动惯量t.m2254
功率因素 0.85定子重t54
Xd 1.07轉子带轴重t73.5
X'd 0.264上机架重t15.6
X'q 0.182下机架重t6
二、有限元计算模型
1、计算范围和边界条件
（1）计算范围
选取“1、2“机组段结构进行整体三维有限元计算，计算范围长度方向从厂左0+016.00m～厂左0+033.20m，上下游方向从厂上0+014.20m～厂下0+009.60m，尾水管部分取到厂下0+020.00m。
计算模型模拟了集水井、尾水管（包括肘管）及外围混凝土、座环、蜗壳、蜗壳外围混凝土、机墩、风罩、各层楼板、厂房边墙和结构柱等结构，所有混凝土结构及其开孔均按实际体型尺寸进行模拟。
（2）边界条件
在“1、2”机组段两侧，考虑结构分缝，各层楼板由梁柱支撑，按自由边界处理，蜗壳层底板按固定约束处理。在上、下游侧，各层楼板、蜗壳层底板与边墙之间为刚性连接。发电机层1502.5m至蜗壳层底板1493.6m 范围内边墙与围岩之间考虑为弹性支撑，在边界节点上加弹性水平约束，竖向不加约束。尾水道底板（1485.2m）以下的所有结构与围岩之间均按刚性连接处理，尾水管端部的混凝土结构按刚性连接处理。
2、计算模型
由于主厂房结构的复杂性，数值计算采用有限单元法进行。在众多可用的通用和专用有限元软件中，本次计算选择大型通用的结构分析商业软件 ANSYS，在设计分析类软件中其第一个通过了ISO9001：2000质量体系认证，计算的通用性和可靠性较好，计算结果具有良好的可信度。结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位移，其它的一些未知量，如应变、应力和反力等，可通过节点位移导出。有限元模型网格划分是计算的前提和关键工作。在进行厂房有限元动力分析模型建立中，对混凝土块体和楼板结构直接进行整体建模，再通过布尔操作，搭建出各构件个体，在计算机容量和计算时间允许的范围内，取尽可能精细的有限元网格。木加甲一级水电站厂房的布置型式和结构特点是以大体积混凝土结构为主，周边受围岩的约束作用，此外还有楼板、墙体、立柱及固定导叶等结构。尾水管钢衬和座环等的局部加强作用在厂房整体分析中可予忽略。在网格划分时，根据构件的特征，分别选用块体单元、板单元、梁单元、二力杆单元以及弹簧单元，分别模拟大体积混凝土结构，楼板结构，梁柱结构、固定导叶结构及围岩的约束作用等。同时，还根据结构受力的特征，对网格的疏密程度加以控制，如在可能的应力集中部位和主要关心的构件上，尽可能细化单元，以提高计算精度而在应力分布比较平缓或受力较小的大体积部位，适当采用较粗的网格，以降低计算工作量。
三、厂房机墩组合结构自振特性计算
《水电站厂房设计规范SL266-2001》动力计算中机墩结构自振频率的计算是建立在单自由度无阻尼振动体系上的，计算中假定圆筒机墩底部为固定端，顶部为自由端，不考虑楼板刚度的作用，作用于机墩的楼板荷载、风罩自重及机组荷载均假定均布在机墩顶部，并换算成相当于圆筒中心圆周的荷载。其强迫振动频率仅考虑了机组转动部分偏心引起的振动频率和水力冲击引起的振动频率，计算结果为机墩垂直自振频率、水平横向自振频率和水平扭转自振频率。
三维有限元法计算整体结构的自振频率是建立在多自由度无阻尼振动体系上的，通常采用模态求解方法。由于频率与振型是特征值和特征向量的关系，他们是一对特征对，因此某一阶次表现某一部位的振型，其对应的就是该部位的频率。对于水电站厂房包含楼板、立柱及大体积混凝土结构的复杂结构，构件的刚度差别较大，振型十分复杂，首先出现的低阶模态包括频率和振型大部分是刚度较低的板梁构件的，基频反映的是刚度较低的板梁柱等，而机墩等刚度较大构件的模态难于体现。随着频率阶数的增加，在高阶模态中才会出现机墩的垂直自振频率、水平横向自振频率、水平扭转自振频率及其相应的振型。但从模态分析的角度来说，低阶模态对整个结构的贡献大，意味着刚度低的板梁柱发生振动的概率大，而高阶模态对整个结构的贡献小，可以认为发生机墩垂直振动、水平横向振动及水平扭转振动的概率要小。本次计算采用ANSYS程序，其模态分析是线性分析，模态提取方法采用Block Lanczos法。
共振校核应考虑不同机组振源特性引起的厂房局部结构的振动问题，机墩组合结构的自振频率应避开机组转频、电磁振动、水力振动的主频率。按照《水电站厂房设计规范SL266-2001》第4.3.8条“机墩自振频率与强迫振动频率之差和自振频率之比值应大于20%～30%，或强迫振动频率与自振频率之差和机墩强迫振动频率之比值应大于20%～30%，以防共振”的规定进行共振校核。
1、结构固有振动特性计算
（1）模態分析方法
模态分析包括结构的自振频率计算和振型计算，对于复杂的组合结构，必须借助振型图确定结构构件自振频率分布。张河湾上、下游侧边墙与围岩之间的水平弹性支撑，按照以下四种模型考虑，来计算机组支承结构自振频率。
模型一：在边界节点上加弹性水平约束，围岩弹模选取20Gpa；
模型二：在边界节点上加弹性水平约束，围岩弹模选取40Gpa；
模型三：在边界节点上加弹性水平约束，围岩弹模选取60Gpa；
模型四：在边界节点上加三向固定约束。
机墩组合结构前15 阶固有振动频率及振型计算结果见表4，模型二前10阶振型见图5。
表4 机墩组合结构自振频率及振型（Hz）
阶次模型一模型二
频率振型频率振型
118.36左上侧边柱横向振动带动楼板18.37左上侧边柱横向振动带动楼板
218.39右上侧边柱横向振动带动楼板18.40右上侧边柱横向振动带动楼板
318.42左下侧边柱横向振动带动楼板18.44左下侧边柱横向振动带动楼板
418.47右下侧边柱横向振动带动楼板18.48右下侧边柱横向振动带动楼板
518.61左侧发电机层楼板竖向18.71左侧发电机层楼板竖向
622.61左侧发电机层楼板竖向22.79发电机层楼板竖向，机组间最大
722.79机组间发电机层楼板竖向23.01发电机层楼板竖向，左侧最大
823.12右侧发电机层楼板竖向23.75右侧发电机层楼板竖向
924.47右侧发电机层楼板竖向26.45左侧楼板竖向，发电机层最大
1026.29左侧发电机层和母线层楼板竖向27.08右侧发电机层楼板竖向
1127.68左侧水轮机层楼板竖向27.77左侧水轮机层楼板竖向
1228.29右侧发电机层楼板竖向28.41左侧蜗壳层内柱纵向振动
1328.41左侧蜗壳层内柱纵向振动28.65右侧发电机层楼板竖向
1429.00机组间上游侧蜗壳层柱横向振动29.00机组间上游侧蜗壳层柱横向振动
1529.13机组间发电机层楼板竖向29.41机组间发电机层楼板竖向
表5 机墩组合结构自振频率及振型（Hz）
阶次模型三模型四
频率振型频率振型
118.38左上侧边柱横向振动带动楼板18.39左上侧边柱横向振动带动楼板
218.41右上侧边柱横向振动带动楼板18.43右上侧边柱横向振动带动楼板
318.45左下侧边柱横向振动带动楼板18.47左下侧边柱横向振动带动楼板
418.49右下侧边柱横向振动带动楼板18.50右下侧边柱横向振动带动楼板
518.76左侧发电机层楼板竖向19.69左侧发电机层楼板竖向
622.89发电机层楼板竖向，机组间最大25.47机组间发电机层楼板竖向
723.13发电机层楼板竖向，左侧最大26.60左侧楼板竖向，发电机层最大
823.93右侧发电机层楼板竖向27.29右侧发电机层楼板竖向
926.53左侧楼板竖向，发电机层最大27.64左侧水轮机层楼板竖向
1027.82左侧水轮机层楼板竖向28.42左侧水轮机层和母线层楼板竖向
1128.28右侧发电机层楼板竖向28.50左侧水轮机层和母丝层楼板竖向
1228.41左侧蜗壳层内柱纵向振动29.01机组间上游侧蜗壳层柱横向振动
1329.00机组间上游侧蜗壳层柱横向振动29.43机组间下游侧蜗壳层柱横向振动
1429.30右侧发电机层楼板竖向31.87右侧楼板竖向，发电机层最大
1529.43机组间发电机层楼板竖向及机组间下游侧蜗壳层柱横向振动33.19机组间发电机层楼板竖向
四、水电站厂房机组支承结构优化
为了避免机组振动过大的现象，水电站厂房机组支承结构的优化可以从两个方面入手，分别是改变结构自振和加强结构刚度。要改变结构的自振，那么应该从自振频率上考虑。要加强结构的刚度，那么就应该提高结构的减振能力，加强结构的刚度。其具体分析如以下几点
1、利用围岩刚度运用围岩刚度对减小机组振动，主要是运用岩体自身的刚度来弥散振动力，因此就要加强混凝土和围岩之间的连合，把机组产生的振动力引向围岩，运用围岩本体抵散机组运转的振动力。而作为单台机组，并不能有效利用围岩刚度来抵散振动力，只有楼板上下游边界才有条件利用围岩刚度，因此应该在厂房结构的设计中做考虑，可以在与围岩接触的建筑体中增设锚筋，也可以对围岩的局部进行槽挖，槽挖之后填入混凝土，实现建筑体构件与围岩的有效连接。
2、机段组的分缝就机段组的分缝问题而言，在目前已有分缝形式主要包括两机一缝、一机一缝的形式，对于一机一缝来说，其结构型式的布置合理，而且受力的设置明确，在水电站整体运行中，可以对运行中复杂的工况下减小机组的振动。对于两机一缝而言，这种设置多运用在普通的梁板结构中，由于在这种情况下不能有效增强相邻机墩组合结构间的刚度，那么对于机段组的划分，应该尽量让每个机段组保持独立的布置，由于两机一缝的方式便于施工，故而也被广泛运用。对于水电站主厂房的结构建设，那么应多使用厚板的建筑材料，厚板和边墙都要有均匀的浇筑，要使两者之间形成稳固、有效地连接。
此外，要优化水电站厂房机组支承结构，那么应优化楼板的结构，要利用厚板和优化梁板结构的形式来建设，对于梁板的支承构件要对其进行刚度的增强，特别是梁、柱等构件的刚度，要运用一些减振、有刚度的材料来建设。再者对于厚板的厚度问题，要结合实际的运算和分析来对厚度做出合理要求，既要减小其支承结构的尺寸，也要满足减振的刚度要求。
3、控制振动路径水电站厂房机组支承结构振动的原因与振动传递的路径密不可分，因此，在振动的路径上，要对其进行有效地控制。对于这些路径的存在，其主要是机组振动通过风罩传递到发电机层楼上，另一部分的振动，则来源于蜗壳的压力脉动，也有尾水管的压力脉动，这些作用力可以传递到整个厂房中，既可以作用到厂房外围的混凝土上，也可以通过顶盖、导轴承机架等传递到结构上形成振动影响。因此要对这些振动的途径进行控制，那么应切断或延长机组振动的传递路径，对于风罩的布置，应与厂房放电机层楼板整体有效连接，减少振动的影响。
参考文献：
[1]马震岳，沈成能，王溢波等.红石水电站厂房的机组诱发振动及抗振加固研究[J].水力发电学报，2002（1）：28-36.
[2]练继建，张辉东，王海军等.水电站厂房结构振动响应的神经网络预测[J].水利学报，2007，38（3）：361-364.
[3]欧阳金惠，陈厚群，张超然等.156m 水位下三峡水电站15#机组厂房结构的振动安全研究[J].水利水电技术，2007，38（9）：48-51.
[4]宋志强，马震岳.水电站机组与厂房耦联振动测试及有限元数值反馈计算[J].水力发电学报，2012，31（2）：170-174.
上接第382页
致的。现阶段可以从以下几个方面进行基本的状态检修：统计电力电缆的缺陷率；确定检查种类和项目；加强专业技术监督，保证各种试验所获得的数据准确、完整；根据变电的运行状态确定响应的维修周期。
3.结语
总的来说，实施状态检修减少了停电试验和检修的盲目性，可减少设备每年维护费用以及系统的停电时间。同时可以在运行状态下发现电气设备的绝缘缺陷，提高了电力系统运行的可靠性。因此我国变电站工作人员应全面地收集电气设备的各项信息数据，并在此基础上进行技术分析，准确判断电气设备的健康状态，从而制定相应的检修计划，确保电气设备的可靠性。
参考文献：
[1]彭丽军.浅谈变电一次设备及检修的安全运行[J].通讯世界.2013（21）.
[2]陈宏海.变电一次设备状态检修技术探讨[J].科技创业家.2013（16）.
[3]罗应伟.电力系统变电状态检修技术探讨[J].科技创新与应用.2013（10）.
作者简介：
钢结构厂房设计现状及优化 篇4
1 钢结构厂房的优势及特点
1.1 钢结构厂房的优势
钢结构厂房的优势主要体现在以下几个方面:①钢结构的安装速度比较快,而且其组成零件和部件等已经实现了批量生产,其焊接、开孔等作业的质量控制措施和技术措施等已经比较成熟,所以可在一定程度上缩短施工周期;②与混凝土结构相比较,钢结构具备较高的抗震能力,加上钢结构本身的重量比较轻,所以大幅降低了基底反力;③通常而言,钢结构的强度比较高,钢材属于强度比较高的材料,这就决定了钢结构的建设成本较低,而且可以重复利用,有效避免了材料的浪费,属于环保材料。
1.2 钢结构厂房设计的特点
钢结构厂房的设计特点主要体现在以下几个方面:
(1)就结构的跨度而言,钢结构的跨度比较大,厂房使用的柱子通常比较高。众所周知,生产厂房属于生产企业的重要基础设施,所以其产品的体积与重量等一般情况下比较大。但是钢结构的体积与质量却较好的满足了这一要求,其重量比较轻,体积也不是很大。
(2)钢结构的纵向柱距一般比较大,如果是重工业的厂房结构,则应根据行业的特点进行钢结构的设计。当前,钢结构厂房主要用于大中型机械加工、大型冶炼电炉和配电车间等。所以,这就要求在设计钢结构时,应充分发挥钢结构厂房纵向的空间,从而完善厂房的工业设备布局。一般情况下,重型钢结构厂房的纵向柱距宜控制在12～24m范围内。
(3)对于钢结构厂房来说,吊车作业量比较大,吊车的使用频率也比较高。所以,在设计工业钢结构厂房时,应采用重级工作制吊车与中级工作制吊车中的一种。
(4)钢结构厂房承重构件截面面积一般比较大,为了使其可以承受较大的吨位,一般需要结合具体工程的实际,通过优化结构的措施,提高钢结构厂房的刚度。在设计时,采用格构式构件与桁架,能够提高钢结构的承载能力。
2 钢结构厂房设计的现状及优化
2.1 钢结构厂房的设计现状
由于钢结构厂房工艺布置的需要,多层的厂房一般情况下会使用较大的空间结构,通常会选用框架结构。如果工艺条件许可,则可以选择框剪结构。所以,钢结构厂房的布置需要满足以下方面的要求:①对于柱网的布置,应当对称均匀布置,从而提高钢结构厂房的质量与刚度,降低厂房空间扭转的作用;②防止出现集中应力、变形凹角、竖向外挑和突变收缩等现象,降低刚度突变发生率。
对于钢结构的稳定性来说,最关键的便是轴力与弯矩耦合效应,再次是整体稳定与局部稳定之间的关系。现阶段,钢结构厂房设计中,安全系数无法准确反映整体与局部之间的关系。钢结构厂房的结构参数无法有效确定,所以,必须不断优化钢结构厂房的设计,以提高其安全性能与使用性能。
2.2 钢结构厂房的优化设计
2.2.1 温度伸缩缝的优化设计
一般情况下,温度是影响钢结构厂房使用性能的重要因素之一,对于钢结构的变形来说,温度有着重要的影响。通常而言,环境温度如果出现较大的变化,则结构便会发生变形,从而产生温度应力。如果钢结构的平面设计尺寸比较大,把温度应力控制在合理的范围内,需要在钢结构厂房的横向或者纵向设置一定的温度伸缩缝。
伸缩缝的设置,首先需要把钢结构划分为一定的结构单元,按照相关的结构标准划分成一定数量的结构单元。温度伸缩缝的处理,通常采用单柱处理或者双柱处理的方式,但是对于钢结构纵向的温度裂缝,则需要在屋顶的支座上设定滑动支座。在框架结构交接的部位,温度伸缩缝应用槽钢夹板滑动的方式或者椭圆孔滑动的方式来设定。
2.2.2 立面的优化设计
从建筑表现方面来讲,钢结构厂房有四个特征,也就是线条、规模、变化和色彩。所以,在设计钢结构厂房时,需要充分发挥色彩压型钢板的表现力,从而有效克服传统混凝土钢筋厂房色彩不足的缺点。而从工艺角度来讲,钢结构厂房由于受到的限制比较少,所以体型变化比较多样。而对于节点的处理,由于处理的工作量比较大,所以工程的造价会比较高。因此,在钢结构厂房设计中,必须最大程度上发挥跳跃性色彩的表现张力,有效利用冷色调等,尤其是注意关键出口、外天沟等的设计,完善钢结构厂房的立面设计。
2.2.3 支撑结构的优化设计
钢结构厂房支撑结构的布置,需要综合考虑厂房、设备、柱网设置、结构形式、和高度等因素。一般情况下,不需要考虑结构的檩条,而把檩条设置在垂直的支撑上。而对于无檩结构而言,则需要连接屋架和屋面,实现上弦支撑的目的。但是在设计钢结构厂房时,由于受到技术条件限制,需要考虑安装要求,把上弦横向支撑系统设置在屋架上弦部分、天窗架上弦部分。
同时,如果钢结构房屋屋架间距大于12m,或者设有振动设备和桥式吊车时,则需要设置纵向水平支撑系统。
2.2.4 屋面优化设计
钢结构厂房的屋面设计,主要是为了防水。钢结构屋面设计需要考虑三个因素:①屋面的坡度;②单坡屋面的长度;③天沟的形式。而从钢结构厂房实际来看,厂房屋面的坡度在2～3%之间,根本不符合施工的要求。综合考虑节点处理、材料性能和技术条件等因素,屋面的坡度设置为5%。而对于寒冷的地区,其坡度需要适当增加。
此外,钢结构厂房屋面的坡度设计还应考虑当期的降雨量、温差变化等。相关的资料显示,单坡屋面的长须控制在70m以下,以保证厂房使用功能的正常发挥。而如果超过70m,则需要特殊处理。
当前,两种钢结构屋面设计方案应用比较广泛:①双层彩色压型钢板;②具有保温层、卷材防水层等的复合柔性屋面系统。
2.2.5 隔热与防火优化设计
钢结构对温度比较敏感,其导热性能比较好,所以在设计时,应当考虑保温与隔热处理,以降低能耗,满足设计工艺要求。现阶段,如果钢结构表面的温度超过150℃,则有两种优化方案:①采用厚涂型的防火材料,完善厂房的隔热与防火设计;②利用钢构件外包耐火砖、混凝土或者硬质防火材料等,提高厂房的隔热性能。
3 结语
当年,钢结构在生产企业的厂房设计中有着广泛的应用,其作为一种新型的结构,在企业生产中发挥着重要的作用。所以,这就要求我们必须重视钢结构厂房的优化设计。在本文中,笔者结合自身的工作实际与理论知识,首先分析了钢结构厂房的特点与优势,然后从钢结构厂房的设计现状与优化设计措施两方面分析了钢结构厂房的设计现状与优化。
参考文献
[1]陈飞.浅谈钢结构厂房设计现状及优化对策[J].中国新技术新产品,2014(1).
[2]彭炜轩.小议钢结构建筑构件的防火措施[J].科技创新与应用,2010(19).
[3]张晓红.钢结构建筑火灾危险性和预防措施[J].消防技术与产品信息,2010(9).
[4]韩瑞芳.钢结构厂房设计中需要注意的问题[J].科学之友,2009(17).
矿山厂房建筑结构设计优化与探索 篇5
一、矿山厂房建筑结构设计中存在的问题
矿山厂房建筑主要由七大部分组成:提升系统,如井架、井塔、提升机房等;加工、贮存系统,有井口房、筛分楼、选矸楼、选矿厂房、输送皮带走廊、矿仓、贮矿场以及废石仓、尾矿库等;通风系统,有通风机房、加热室风道等;动力供应系统,有空压房、变电所及其附属构筑物等;地面运输系统,各种运输线路及附属建筑物,如货物站台、行车指挥所等;给、排水及供热系统,如水泵房、水塔、水池、锅炉房、污水处理厂房等;其他附属厂房如机修厂、设备库、材料库、炸药库、车库、油脂库等。早期的矿井建设主要考虑的是如何早建成、早投产、早见效,矿山厂房的设计与建设也是围绕这个思想来进行的,因而从前的矿山厂房在设计、规划等方面也较为粗糙,较为随意。在厂房建筑设计方面缺乏合理细致的规划,厂房功能分区也较为混乱,建筑布局分而散,结构设计杂而乱,厂房通风、采光、采暖等服务功能较差,对于厂房节能、环保、占地等方面更是考虑甚少。矿山厂房建筑设计中存在的弊病主要有以下几点:
1. 厂房内部功能分区不合理。
有的厂房建设时缺乏对内部功能分区的足够考虑,有的厂房内各种功能房间简单随意拼合,无明确的、合理的功能分区,导致厂房建筑使用功能混乱,人流往来混杂,内部空气污浊,噪音嘈杂,给矿山生产、后勤服务、办公管理等各项工作带来了诸多影响和不便,尤其是在一些年代较早的老矿区还能见到此类厂房建筑。
2. 厂房建筑整体规划不合理。
以前的矿山厂房建筑规划设计时,盲目图大,“摊大饼”的情况较多,厂房建筑设施间距过大,而且对于各种不同功能类型的厂房布置也缺乏合理规划。在保持矿山厂房“五脏俱全”的前提下,则势必造成了厂房建筑占地面积过大,对环境破坏影响较大,以及相应的道路、管线等基建工程量、施工费用、运行维护等费用增加的情况。
3. 建筑材料不利于回收利用。
在传统的矿山厂房建筑设计中,很多厂房基本都采用钢筋混凝土框排架的结构形式,短期内节省了投资,取得了较好的使用效果和投资效益,在我国这一设计思路也沿用了几十年。但矿山不是永久的居民区,一般都有一定的服务年限,随着资源的不断开采和我国能源结构的不断调整,我们经常可以看到很多矿山资源在枯竭,达到服务年限、完成历史使命后就人去楼空,一片荒芜了。留下的破旧厂房却仍然饱经风雨,难以拆迁,当地环境也是满目疮痍,造成了极大的资源浪费和环境破坏。
4. 建筑设计缺乏环保理念。
很多矿山厂房建筑在设计建设时只考虑其生产服务功能和基本的地质环境条件,对区域自然环境,如光照、风向等缺乏考虑和利用,使得一些厂房建筑通风、采光等效果较差,厂房光线昏暗、环境湿闷,不利于人们生产作业。为了改善厂房环境,不得不增加人工照明和其他一些通风、空调设备,这就造成了各种能源的消耗,增加了厂房运行成本。
二、矿山厂房建筑的优化设计思路
根据矿山厂房建筑中存在的问题,我们提出了以下的优化设计思路,即在保持完备使用功能的前提下使厂房建筑向整体集中,紧凑布置;发展联合建筑,在人性化设计理念下实现厂房建筑功能的合理分区;体现厂房建筑的节能环保理念。
1. 厂房建筑紧凑布置。
在设计时要充分体现节约用地的设计理念,在满足生产要求、便于使用的前提下,使厂房建筑布局尽量紧凑、集中,减少占地面积,提高土地使用效率,减少对周边环境影响。第一,优化总平面布置,根据区域内地质情况和生产工艺情况,优先布置建筑体积较大的厂房建筑,尽可能使建筑平行排列布置,以减少三角地带和死角面积,在零散空白地段则分散布置一些占地少、体量小的厂房和绿地等。同时在总平面设计中,应考虑尽量把工艺流程联系密切,功能、安全措施相近的厂房联合布置、高层布置,这样既减少了厂房总占地面积,使土地利用最大化,同时也减少了能源消耗。第二,压缩厂房建筑间距,在保证良好通风、采光和工艺流程不受影响的前提下,尽量压缩厂房间距,增加厂房的整体紧凑性,同时也应注意确保各厂房间足够的防火间距。特别是应将一些火灾危险性大,有可能泄露有毒有害、可燃可爆物质的厂房布置在场地边缘、人流较少的区域,并保持与其他建筑足够的安全距离。第三,优化厂房竖向设计,充分考虑地形条件,依山就势、填沟造地,使一些地形起伏较大的矿山能够充分利用竖向空间,尽可能将工艺联系紧密的厂房布置在同一台阶,共用道路。
2. 优化内部分区。
厂房建设应以发展联合建筑为主,内部分区应以利于生产、利于人性化需求为基本原则,首先对厂房内部空间进行合理的、明确的分区,将功能相近且互不影响的空间布置在一起;人流量、物流量、车流量较多的区域布置在厂房空间的下部,且空间线路应适合人流线路。以井下工人流为例,工人下井前先进入任务交代室,随后进入更衣室,然后再到矿灯室领取工作设备,最后下井;工人出井线路也首先进入矿灯房交还工具,然后到更衣室和淋浴房,最后再到更衣室换上便装。为满足工人需求,则需要在这条线路上设置各种功能的房间;并且这条线路上人流也很集中,为提高生产效率,减少人员走动距离,则将该线路房间布置在建筑下部。在厂房建筑的上部则可以布置配电室、热交换站以及会议室、调度室等空间,从而联合建筑内部形成合理的内部分区。
3. 体现节能环保设计理念。
一些矿山厂房如材料厂房、机修厂房、选矿厂房等可以考虑采用钢结构替代钢筋混凝土结构,这样虽然短期内可能没有明显的效果,但从长期看,更利于厂房的拆迁和建筑钢材的回收再利用,而且厂房占地也可恢复原貌,这对于一些服务年限较短的矿山来说更为适宜。在厂房设计时应充分考虑光照、风向等自然环境条件,合理设计建筑朝向、结构等,尽量利用日光照明和自然通风,减少能源的消耗,从而体现节能环保的设计思维。
三、结语
整体建筑、联合建筑、节能环保建筑是未来矿山厂房建筑发展的方向。矿山厂房建筑不仅与矿山生产联系密切,同时还与矿山的资源、环境等息息相关,因此,我们在矿山厂房优化设计时,不仅要考虑生产实际,使矿山厂房更好地发挥生产服务作用;同时,也要考虑节能环保,实现矿山厂房良好的经济效益和环境效益,这也是我们矿山厂房建筑结构优化设计的指导思想。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.煤矿矿井建筑结构设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.
[2]许志中.我国工业建筑节能设计初探[J].工程建设与设计,2008(7):21.
厂房优化 篇6
关键词：工业建筑,厂房,网架结构,节点,优化
0 引言
在工业建筑中,单层厂房是普遍采用的一种结构形式,主要用于冶金、化工、机械、纺织等工业厂房这类厂房生产工艺流程较多,一般设有较重的机械和设备,产品较重且轮廓尺寸较大,大型设备可以直接安装在地面上,便于产品的加工和运输。所以单层厂房不仅要满足生产工艺的要求,还要满足布置起重运输设备、生产设备及劳动保护要求因此一般具有跨度大、高度高,结构构件承受的荷载大,构件尺寸大、耗材多等特点,同时设计时还要考虑动荷载作用。单层厂房便于定型设计、构配件的标准化与通用化、生产工业化、施工机械化,并且施工工期短,施工过程较快。
由于单层厂房现场拼装量大,质量要求高,高空作业危险性较大,对工人要求非常高,不仅要有熟练的操作技能,还要懂相关围护结构知识。而一些复杂节点,工程量大,施工操作繁琐,焊接周期长,在高寒地区,焊接质量又难以保证。因而,节点优化的工作必须在施工前解决。
1 工程概况
某工程性质为工业厂房,抗震设防烈度为7度,耐火等级为二级,厂房均为单层厂房结构,最大高度15.55m,最大跨度59.5m,屋面结构为网架结构+双层檩条+TPO屋面和双板夹棉屋面系统。
2 厂房细小节点分析及优化观点
该工程细小节点繁多,包括柱间支撑与柱连接节点、墙面檩条与柱连接节点、屋面檩条与钢梁连接节点、墙面窗口门洞收边节点、屋面檐口节点、TPO卷材与通风器及采光带收边节点等。这些细小节点数量多,施工耗时费力,质量要求严格,如果处理不好,返修相当困难。
原图纸一些节点参照相关图集规范设计,未进一步深化,给现场实际施工带来很多不便,需要在开工前进行优化。从施工方便角度出发,提出两点优化方案:一是相似节点替换,取最优节点;二是去除多余,化繁为简。
1)相似节点替换,取最优节点
相似节点替换,即若有多种相似节点,在不影响主结构受力的情况下,根据现场实际施工情况,逐一选择,取最优节点,并进一步深化可以考虑将一些焊接节点改为栓接节点,尽量减少现场施工的焊接工作。
考虑相似节点时,也可以考虑将现场焊接工作改到加工厂里完成可以在原设计节点中根据现场需要增加一些加劲板或搭接板。如在超高层劲性柱施工时,将与梁的连接节点处增加加劲板,在牛腿处截面也可以增加加劲板,以增加强度
2)去除多余,化繁为简
去除多余,化繁为简,即在不影响主结构的前提下,根据现场实际情况,本着施工方便的原则,将节点中的一些零星琐碎部件,需要现场焊接的优化掉,优化的方案主要是直接去掉多余零部件,变换一种更为简单的方式连接。
比如在超高层劲性柱与混凝土梁施工时,梁面筋及梁底筋与劲性柱连接时,可以将原设计用连接板搭接改为钢筋接驳器连接。用搭接板时,需要将钢筋直接焊接在连接板上,焊接长度由抗震锚固长度及钢筋直径决定,这样的做法会造成现场焊接工程量大,当钢筋为双排时,焊接质量更难以保证。采用钢筋接驳器连接时,工人直接拿扳手将钢筋拧进已经焊在钢柱上的接驳器,现场工作操作也极为方便,无焊接工作。这样的做法虽然增加了工程量,但大大提高了现场施工的效率和质量。
3 节点举例
3.1 网架屋面双檩条连接节点优化
该工程厂房之一为单层钢柱网架结构,其中屋面网架为变厚式网架结构,厂房建筑平面尺寸为180m×330 (450)m,建筑高度15.55 m,总建筑面积67 194.15m2。钢屋面网架采用正交正放四角锥网架结构,连接方式主要是钢管件与螺栓球通过高强螺栓连接方式,少量部分采用焊接球连接方式。网格主要平面投影尺寸为3.50m×3.75m和3.75m×3.75m,网架高度为2.143～4.200m。厂房钢屋面采用TPO复合保温卷材防水屋面,结构依次为网架+双层檩条+压型钢板+PE隔汽层+硬质玻璃棉+TPO防水卷材。
双层檩条作为支撑结构,分为主檩与次檩,网架安装完成后,先安装纵向檩条(主檩),再安装横向檩条(次檩),横向檩条与纵向檩条连接节点有10 000多个,原设计檩条节点如图1所示,檩托为2块厚度为6mm的板,拼接而成的T形檩托,一块尺寸为正方形板,一块为梯形板。此种做法,需要加工厂焊接大量的T形散发件,运至现场后,需要高空焊接,定位及操作十分不便,且精度难以控制
为减少焊接量,可将檩托形式改为角钢檩托(见图2)。查找图集《钢檩条11G521-1》,可以选用CT1角钢檩托,檩托选用原则:
式中,Q为竖向荷载设计值;α为屋面坡度;l2,s分别为拉条、檩条间距。
查檩托选用表,可知檩条高度为120mm时,Hmax=1.6kN,厂房屋面设计基本雪压为0.50kN/m2,取Q=0.50kN/m2,坡度为5%,取,l=1.5 m,s=3.75m,
则:H=0.14kN≤Hmax,
故选角钢檩托满足工况要求。以上计算未考虑地震作用及风压力。
考虑檩条加工及安装方便,与设计沟通后将次檩条改为与主檩同种规格,即:C160×60×20×2.5,则檩条高度变为160mm,查表Hmax=1.2kN
同理计算可知:H=0.14kN≤Hmax
将主檩条与次檩条改为同种规格后同样满足设计要求。
按图集设计的角钢檩托,底部还要与主檩焊接,增加现场焊接量,尤其是在赶工期间,不宜使用。通过与设计沟通,再次优化此角钢檩托,在角钢檩托下部增加2个螺栓孔,使之与主檩的连接方式由焊接改为栓接新的次檩托设计如图3所示.
根据新的次檩托,组成的主檩条与次檩条的新节点图(见图4)。
将新节点与原节点对比分析如表1所示。
通过上表对比明显可知,角钢节点虽然增加了重量,却减少了现场焊接量,大大提高了现场工人的施工效率。
此种节点的应用,可以将主檩条与次檩条地面拼接,然后整体吊装,减少了空中散装的作业时间,在赶工期间特别适用,现场安装效果如图5所示。
3.2 墙面拉条连接节点优化
本工程所有厂房墙面结构为双板夹棉墙面,外板为50 mm厚复合型板,内板为0.5 mm厚压型板,中间为冷弯镀锌檩条。墙面檩条作为墙面板及玻璃棉的支撑结构,其安装进度直接影响整个墙面施工。墙面檩条安装分为横檩安装和竖檩安装檩条之间还有撑管、拉条、连接角钢等数量众多的小零件
原设计节点如图6所示,上下横檩之间用斜拉条连接时,采用连接角钢,需将角钢与檩条用自攻螺栓固定,并且还需要将角钢现场焊接。此连接方式较为繁琐,需要增加焊工进行焊接,安装精度难以控制。此节点所有墙面约有3 000个,若要同时展开作业面,需要大量焊工进行现场焊接。
为了减少焊接及栓接量,取消此连接角钢。参照图集《钢檩条、钢墙梁》采用拉条直接穿过檩条侧壁的连接方式(见图7)加工檩条时,在檩条侧壁打孔,檩条安装完成后,直接安装拉条,减少了角钢安装的工序。同样也便于工人施工。
4 结语
大跨度单层厂房施工时细小节点繁多,操作特别耗时费力。可以从工人的施工方便程度出发,对节点进行优化分析,找相似节点替换并取最优节点,把复杂的节点变简单,真正为工人提供一套最简单快速的施工方法,从而提高施工效率,为业主节省时间,最后顺利履约。
参考文献
[1]曾范永,赵帮会,叶军.网架受拉杆件置换没备的研究与应用[J].施工技术,2015,44(16):79-80,84.
谈轻型门式刚架厂房的优化设计 篇7
单层轻型门式刚架厂房在我国的应用大约始于20世纪80年代的初期。由于其质量轻、柱网跨度布置灵活、适用范围广、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高等显著特点, 近十几年来在我国各行各业中得到了大量的应用。因此, 结构工程师为了发挥其特有的特点, 在设计过程中对厂房结构进行优化设计, 降低用钢量就显得非常的有必要。轻钢结构厂房的用钢量主要与结构形式、荷载大小、建筑尺寸、钢材性能、有无吊车、单跨多跨等条件有关, 其中建筑尺寸主要包括刚架的跨度、柱距、檐口高度和屋面坡度。本文通过笔者对多个算例的计算分析和近些年所做的工程实例的统计及计算, 比较了各种柱距、跨度情况下的用钢量, 并提出了各种情况下的合理选择。
2 算例计算条件
本文依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS102:2002) , 针对最常用的实腹式门式刚架厂房作了用钢量的分析, 为了具有可比性和代表性, 设计采用的计算条件为:
1) 屋面恒载取:0.3kN/m2;屋面活载取:0.4kN/m2;基本风压:0.4kN/m2;
2) 分别对单跨和双跨两种横向布局形式 (见图1) 进行各种情况下的用钢量的比较;
3) 柱距的变化范围为6m～9m (以0.5m为模数) ;4) 跨度的变化范围为18m～36m (以3m为模数) ;5) 分别对有无吊车进行计算, 其中有吊车厂房中的吊车分别为5t、10t、20t的桥式吊车。
6) 檐口高度分别为:无吊车厂房6m;有吊车厂房9m;
7) 屋面坡度为1:20的双坡屋面;
8) 无吊车厂房为铰接柱脚;有吊车厂房为固接柱脚;
9) 计算程序选用PKPM-STS (2008网络版) 。
3 轻钢厂房优化设计中柱距的合理选择
在轻钢厂房中柱距的选择是否合理将直接影响厂房的用钢量。由于轻钢厂房的柱距不受模数的限制, 因此, 在满足工艺专业的要求下, 柱距的选择较为灵活。图2所表示的是在24m跨度、有无吊车条件下不同柱距所对应的总用钢量的关系曲线。
笔者通过对以上各种算例的计算及统计并结合近些年所做的工程实例, 可以发现, 不管是单跨还是多跨, 柱距为7m～8m时, 总用钢量基本保持稳定。小于7m时, 总用钢量随柱距增大普遍呈降低趋势, 柱距超过8m时, 由于檩条、支撑、吊车梁等构件的用钢量大幅上升, 造成总用钢量上升。因此, 对于常用刚架, 建议柱距取7m～8m。当无吊车或吊车吨位较小时, 柱距可取7.5m～8m;当吊车吨位较大时, 柱距可取7m～7.5m。用钢量比6m、9m柱距可节省3%～5%, 总造价可节省2%～6%, 经济效益非常可观。各家对理想柱距的定义范围略有不同, 这是因为研究时使用的荷载情况、檐高、跨度、计算软件以及依据的规范的不同。从这些研究中可以得出一个大致的结论, 在通常使用的跨度范围内, 7.5m左右的柱距可能得到较好的经济效果, 小于7m或超过9m以后, 结构用钢量会明显增加。另外同时应考虑设计的标准化、定型化、品种规格化等因素的影响。
4 轻钢厂房优化设计中跨度的合理选择
在轻钢厂房中跨度的选择是否合理也将直接影响厂房的用钢量。因此, 在满足工艺专业布局, 甲方及场地现状的要求下, 厂房跨度的合理选择显得很有必要。图3所表示的是在7.5m柱距、有无吊车条件下不同跨度所对应的总用钢量的关系曲线。
笔者通过对以上各种算例的计算及统计并结合近些年所做的工程实例, 可以发ÄÆ现, 一般情况下, 轻钢结构厂房的经济跨度在18m～Á36m。吊车吨位较大时, 经济跨度在24m～36m;无吊车或吊车吨位较小时ÂÈÉ, 经济跨度È在É18mÃ～24ÃÈÉm。采Ç用合理经济跨度可以节省钢材5%～15%, 总造价降低2%～7%。影响经济跨度的主要因素是荷载, 荷载越大时, 总用钢量对跨度越敏感, 越应注意采用合理跨度。这是因为荷载大则柱截面大, 若此时跨度较小, 其单位用钢量必然上升。若跨度增大, 梁截面又显著增大, 也会导致单位用钢量的上升。在设计时, 应进行几个方案的综合比较, 选择适宜的跨度和跨数。
5 轻钢厂房优化设计中檐口高度的确定
当荷载、跨度、柱距等因素相同时, 檐口高度 (柱长度) 愈高, 用钢愈大。这不仅仅是由于柱加长了一节。更重要的是由于柱高增加, 结构的侧向刚度降低, 柱顶在水平荷载作用下的侧移增大, 要控制柱顶位移值, 必须增加柱截面尺寸。柱计算长度越大, 其稳定系数越小, 柱越容易受压失稳, 其临界压力是与柱计算长度的平方成反比的。从铰接柱临界力公式中可以看出, 当柱计算长度不能改变时, 要提高柱的临界力, 只有增大截面惯性矩 (与截面尺寸和截面形状有关) 。对于受压构件, 多采用对称截面、如H截面、管形截面、箱形截面等, 增大临界力必须要加大截面尺寸, 或者减少柱在两个垂直方向上的计算长度, 例如增加系杆或隅撑等, 这些都会导致用钢量的增加。因此, 在满足厂房正常使用的前提下, 尽可能的降低轻钢厂房的檐口高度, 会使整个厂房的用钢量有比较明显的下降。
6 轻钢厂房优化设计中荷载的准确确定
轻钢厂房在设计过程中首先要明确的就是厂房所要承受的各种荷载效应。不言而喻, 荷载的大小对于结构用钢有着直接的影响。荷载增加, 用钢会随之增加。但是荷载考虑不足又会影响厂房结构的安全度。因此, 在设计开始前搜集各种资料并结合相关规范合理的确定轻钢厂房所承受的各种荷载是很有必要的。一般来说, 轻钢厂房所承受的荷载主要包括:恒载、活载、吊车荷载、风载、雪载及积灰荷载等, 其中活载与雪载不同时, 只需要考虑二者较大值。一般一个轻钢厂房的屋面投影面积不会小于60m2。因此在计算轻钢厂房刚架时, 活载可以按0.3kN/m2取值。吊车荷载作用时, 要考虑多台吊车的荷载折减系数。在厂房刚架设计时, 将各种荷载以及各自的折减系数考虑周全, 既能保证厂房在结构设计过程中的安全可靠, 又能最大限度的降低用钢量。
7 轻钢厂房优化设计中次构件的合理设计
这里所说的次构件主要包括厂房的柱间支撑、屋面水平支撑、山墙抗风柱、檩条及墙梁等构件。这部分的用钢量一般占总用钢量的25%～30%。因此, 正确的构件设计和构造对保证整体结构的安全、节省用钢量、控制造价有着十分重要的意义。在无吊车的轻钢厂房中, 柱间支撑宜优先考虑设置柔性支撑。在有吊车的轻钢厂房中, 柱间支撑中的上柱支撑也可优先考虑设置柔性支撑, 下柱支撑可以考虑设置型钢支撑。屋面水平支撑宜优先考虑设置柔性支撑。檩条、墙梁宜优先选用Q345镀锌卷材, 一般采用冷弯薄壁型钢, 因为冷弯型钢实腹檩条受力性能好、承载力高、整体刚度大, 可以节约钢材、减轻结构用钢量;而且冷弯型钢实腹檩条制造安装方便, 可叠合堆放, 是一种合理的檩条形式。冷弯薄壁型钢实腹式檩条主要采用卷边C型檩条和带斜卷边 (或直卷边) 的Z型檩条。卷边Z型檩条用于坡度大于1/4的屋面较为合理。此时, 屋面荷载作用线与截面主轴方向相当接近, 弱轴方向的力分量很小, 一般来说, 坡度平缓的屋面采用卷边C型檩条。但由于卷边Z型檩条可以叠合运输, 因此目前广泛地应用在坡度平缓的屋面。设计时采用连续檩条或连续墙梁, 可比《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS102∶2002) 中规定的简支檩条节约钢材10%左右。
8 轻钢厂房优化设计中钢材类型的合理选择
在结构设计时, 主刚架宜采用Q345-B钢材, 吊车梁宜采用Q345-B钢材, 材质符合《低合金高强度结构钢》 (GB/T 1591-94) 要求。这里钢材强度是指钢的屈服强度, 因为钢材的设计强度是根据其屈服强度而确定的。国内建筑常用钢材为Q235和Q345, 即钢材的屈服强度fy=235N/mm2和fy=345N/mm2。当结构构件的截面是由其强度控制时, Q235钢所需的构件截面面积为Q345钢的1.47倍。当长度确定时, 则构件Q235的用钢为Q345用钢的1.47倍。因此当结构构件的用钢是由其强度控制时, Q345的用钢要比Q235节约, 可用上述的数值概念来衡量。但当构件的尺寸是由变形 (刚度) 和稳定控制时, 钢材强度的影响就不十分显著, 因为构件的刚度和稳定与fy无关。但是构件由强度控制转化为稳定或刚度控制常常不是一个明确的界限而是一个范围, 同时构件在满足稳定和刚度要求时, 也需对其强度或组合强度 (例如, 弯、剪、压共同作用) 进行检查或校核。笔者通过近年来所设计的轻钢厂房在最优跨度24m～30m的范围内, 无论柱间距大小, 采用Q345钢的用钢量均比采用Q235钢的用钢量下降15%左右, 因此材料强度对构件的影响是存在的。在如今Q345与Q235价格相差不多的情况下, 使用强度高一些的低合金高强度钢对节余钢材会有明显的效果。
9 轻钢厂房优化设计中的其他方面
轻钢结构厂房由于自重较轻, 且柱顶高度一般不高, 柱底弯矩相对不大, 因此, 在设计时通常采用铰接柱脚, 只有在有吊车时, 才采用刚接柱脚。在多跨门式刚架中, 由于中柱两端柱顶弯矩很小, 常做成摇摆柱 (两端铰接柱) , 但应注意的是, 当跨数较多时, 摇摆柱的数量应不多于3列。按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS 102∶2002) 中规定, 当横向长度超过150m, 纵向长度超过300m时须设置伸缩缝, 从构造上来说, 设置伸缩缝不存在任何问题。不过, 一般做法是采用双柱, 因此用钢量相应有所增加, 特别是纵向伸缩缝, 增加的柱子较多, 所以, 在进行门式刚架平面布置时应尽量使平面尺寸在不设伸缩缝的范围之内。在进行设计时, 遵循这些基本原则, 也可以降低用钢量。利用现代数学方法和计算机进一步优化结构构件及截面的几何参数在设计时, 刚架采用变截面构件, 当为承载能力极限状态控制设计时, 其截面变化的根据主要是弯曲应力与轴压应力两者计算值“组合”的应力图形的变化。利用截面变化, 使各截面“组合应力”与材料设计强度值的比值尽可能接近, 也就是使材料分布更接近于应力图形的分布, 这就是满应力设计法。在确定了结构布置及构件的选型后, 在保证安全可靠的前提下, 满应力设计法是使刚架设计经济合理的主要手段。同时, 在刚架计算过程中应充分利用板件的屈曲后强度, 从而在满足规范构造要求的前提下, 减小梁、柱构件腹板的厚度。在结构设计中实现兼并功能原则可将承重、围护、稳定等多种功能统一于一体, 合并结构部件及层次, 简化结构构造, 最大程度地进行结构和构件的规格化、统一化、标准化, 以提高轻钢结构工业化生产水平, 加速从标准化构件生产向标准化房屋生产的过渡。
1 0 结论
在轻钢结构厂房设计过程中, 用钢量的控制非常的重要。通过以上的叙述, 可以得出以下几点结论:
1) 在满足工艺专业及甲方对厂房的布置要求的前提下, 一般轻钢厂房的柱距在7.5m左右会得到比较好的经济效果。
2) 在满足工艺专业布局, 甲方及场地现状的要求下, 一般轻钢结构厂房的经济跨度在18m～36m吊车吨位较大时, 经济跨度在24m～36m, 无吊车或吊车吨位较小时, 经济跨度在18m～24m。
3) 在满足厂房正常使用的前提下, 尽可能的降低轻钢厂房的檐口高度。
4) 在厂房刚架设计时, 将各种荷载以及各自的折减系数考虑周全。
5) 檩条可采用连续卷边Z型檩条来代替传统简支C型檩条。
6) 在满足焊接工艺及其他条件要求的前提下, 并且设计由强度控制时, 尽量采用低合金高强钢材。
7) 在满足工艺布置的前提下, 尽量减少变形缝的设置。
8) 在可能的条件下, 尽量采用铰接平板柱脚。
参考文献
[1]CECS102:2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].
[2]GB500018-2002冷弯薄壁型钢结构技术规范[S].
[3]GB50017-2003钢结构技术规范[S].
[4]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京:科学出版社, 1998.
厂房优化 篇8
关键词：火力发电厂,电力生产,设计理念,电力企业
通过查阅相关资料可以了解到, 火力发电厂主厂房布置的一般原则包括满足电力生产工艺流程的要求, 管线连接整齐, 设施布置紧凑、恰当, 空间利用合理, 巡回检查通道整洁和检修运行方便等。这些原则性要求是发电厂主厂房布置优化方法的保障和基础。
从国内电厂的主厂房布局看, 比较常用的是四列式布置, 即按顺序布置汽机房、除氧间、煤仓间、锅炉房。火力发电厂主厂房布置是火电厂设计的核心内容, 其布置应满足电力生产工艺流程的要求, 并满足安装、运行和检修的需要。因此, 主厂房的布置一定要具备整体、整齐、美观、设备分工明确的特点。但因其占地面积和体积均较大, 难以充分利用空间。国产厂房机组常采用合并除氧间与煤仓间的方式, 而进口机组多数按照汽机锅炉分岛式布置, 即将煤仓间与锅炉房作为独立的锅炉岛和汽机岛。
在优化主厂房布置时, 应坚持“以人为本”的设计理念, 从而为电厂工作人员的检修、运行和维护工作创造良好的环境条件。
在实际的主厂房布置方案设计中, 需结合实际的工作条件和设备情况综合考虑。只有全面结合实际情况, 合理优化主厂房建筑的空间设计, 才能使火力发电厂的工作更加完善, 不断降低土建结构费用和工程投资。
1 汽机房运转层标高的优化
参考国内三大电力设备公司以及国外相关公司1 000 MW发电厂机组凝汽器的布置特点, 可采取凝汽器半地下布置的方式, 从而使凝汽器穿抽管空间运转层的层高有所降低;应设置必要的凝汽器抽管坑, 遵循科学、合理、可持续发展的原则。目前, 主厂房的模块化设计和三维网络技术的使用使汽机房的规划更加合理, 极大地提高了空间的有效利用率。值得注意的是, 汽机房运转层标高的优化措施最终会反映到发电厂的经济效益上, 经济效益提升后, 企业便可继续优化主厂房的建筑面积、空间利用率等。由此可见, 汽机房运转层标高的优化是厂房布置优化措施的重要方面, 对提升企业的最终效益起着无法替代的作用。
2 汽机房柱距尺寸的优化
通过相关资料的查阅和分析, 为了满足主厂房建筑设计的汽轮发电机组的纵向顺列布置, 汽机房的布置也有了相关的数据反馈和设计标准。汽机房的纵向柱距尺寸为8 m, 汽机房总长度的尺寸为8×10=80 m。而汽机房的跨度为21.0 m, 机头朝向固定端, 扩建端设置有检修场地。因此, 需增加4.5 m的加热平台和8 m的运转层岛式布置来保障汽机房三层满足标准设计。此外, 发电厂应在机组投产前按《电力行业紧急救护工作规范》中的相关要求, 对汽机房内一切可能发生的危险事故制订紧急预案, 并对相关工作人员进行安全教育培训, 以确保发电厂的安全、稳定运行。
3 一次风机、送风机的布置优化
对于大容量锅炉房的布置, 通常将一次风机和送风机布置在锅炉尾部烟道支架下方。虽然这种布置方式比较简便, 但其占用了较大的锅炉尾部空间, 风机出口到空预器入口的风道过长, 影响了发电厂设备的运行。因此, 应优化锅炉房的布置。由于锅炉运转层的标高为8 m, 所以, 应在主厂房5~7 轴的范围内设置运转平台, 且需采用紧身封闭的方式确保锅炉运转层的正常运行;发电厂应组织监理单位、施工单位、调试单位和生产单位的技术人员对试运的一次风机和送风机进行系统调试, 并全面检查一次风机和送风机的运行情况, 不存在问题后才可投入使用;在一次风机和送风机的分系统调试和检查完成后, 组织参加试运的技术工作人员进行调试措施技术交底, 并做好交底记录。
此外, 只有将三维设计手段更好地运用于优化布置的设计中, 将送风机和一次风机安装于锅炉下方, 以缩短风道和烟道的长度, 才能不断降低风道的运行阻力和总体造价, 从而减少发电站的空间浪费和资金浪费, 便于设备的集中管理。
除了应注意上述问题外, 主厂房的卫生设施、排水系统、通风系统、散热系统等也是主厂房布置优化措施的改善对象。比如, 只有在运转层设置卫生间、防滑地板砖等, 才能使工作人员处于更好的工作环境中, 这有利于完善主厂房的整体设计和系统运行。
4 结束语
发电厂作为当今电力事业发展的重要基础, 其总布置设计的合理性对项目投资、环境保护、发电厂建设工作的经济性和安全性都有着十分重要的影响。因此, 我们应把握每一次发展机会, 积极学习国外的先进技术, 取其精华, 去其糟粕, 提高布置设计工程技术人员的专业水平, 做到统筹兼顾, 从而使主厂房的总布置更加科学、合理、美观。相信在未来, 在电力企业的工作人员与相关部门的共同努力下, 火电厂主厂房的运行会越来越顺利, 主厂房的相关设计也将越来越合理。
参考文献
厂房优化 篇9
进入21世纪以来，我国钢结构建筑发展非常迅速，特别是门式刚架工业厂房因其施工速度快、自重轻、工业化程度高、抗震性能好、环保等特点在工业建筑工程中被广泛应用，受到了建设单位的一致欢迎，引起人们的普遍重视。作为一名工程设计人员，做了大量的工程设计，也亲历了煤炭矿井资源整合所带来的煤矿地面工业建筑的大发展历程，深刻体会到门式刚架工业厂房相对于传统厂房结构形式的优越性，推广门式刚架结构形式和提高门式刚架结构设计水平已显得相当重要。2002年国家颁布了CECS102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(以下简称《门刚规程》)，为门式刚架结构的应用和发展创造了更有利的条件。文章以同煤集团中央机厂下料车间的设计为例阐述了一些设计体会和看法，希望这些方法可为同类工程的设计提供有益的借鉴。
中央机厂下料车间为大跨度单层单跨厂房，厂房上部结构采用钢结构(门式刚架)，基础采用钢筋混凝土独立基础。跨度为24 m，柱距为6 m，全长84 m，车间内设有两台桥式起重吊车，为20 t/5 t和10 t中级(A5)桥式吊车，工字形钢吊车梁，吊车轨顶标高为8.4 m，柱顶标高为11.7 m，外围护采用彩色钢板夹聚苯乙烯保温板。
1 设计方案优选
1.1 结构形式的确定
对于设计人员，如何确定工业厂房结构形式是非常重要的。工业厂房一般有以下几种结构形式:砌体结构、钢筋混凝土排架结构、钢结构。砌体结构适用于跨度比较小、无起重或小起重设备的厂房;钢筋混凝土排架结构是工业厂房最常用的结构形式之一，但由于其刚度大、自重大，地震力也大，占用场地大、施工工期较长;而钢结构厂房(特别是门式刚架厂房)相比有以下优点:
1)自重轻、柔性好、抗震性能好;
2)安装方便、施工工期短;
3)轻钢结构是一种绿色环保结构，具有较高的利用价值。
由于本工程厂房跨度较大，起重吊车吨位较高，施工场地小，工期要求短，所以选择了门式刚架结构。
1.2 柱距、跨度的确定
工业厂房结构布置中，在满足场地的条件下，符合设备布置、工艺合理的要求下，应优先考虑厂房的最优柱距和最优跨度。
对于常用刚架厂房，其跨度一般为9 m～36 m。在选择厂房跨度时，不宜盲目追求大跨度或小跨度，而要根据实际情况，选择合理的经济跨度。
1.3 荷载取值的确定
门式刚架厂房结构主要荷载为吊车荷载、竖向自重荷载、雪荷载、屋面活荷载、风荷载等。计算钢梁时《门刚规程》规定屋面活荷载为0.5 k N/m2，但构件的荷载面积大于60 m2时，取值为0.3 k N/m2;雪荷载按照《建筑结构荷载规范》中的要求进行计算，根据不同类别的屋面形式，屋面积雪分布系数按表6.2.1采用，但必须注意表中的小注，否则就会出错。屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。
吊车荷载是工业厂房的最主要荷载，分为吊车竖向荷载和吊车水平荷载。按照《建筑结构荷载规范》中的要求，吊车竖向荷载标准值，应采用吊车最大轮压或最小轮压;吊车横向水平荷载取值时一定要分清软钩吊车和硬钩吊车，取值是不一样的。在此特别注意的是GB 50017-2003钢结构设计规范在计算重级工作制(A6～A8)吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接的强度时，应考虑由吊车摆动引起的横向水平力HK(此水平力不与建筑结构荷载规范规定的吊车横向水平荷载同时考虑)，HK=apk.max，通常情况下此横向水平力要比建筑结构荷载规范规定的吊车横向水平荷载大。
1.4 刚架梁柱的确定
门式刚架是梁、柱单元构件的组合体，是主要的承重构件。刚架梁柱的截面尺寸应根据其跨度、柱距、屋面荷载及吊车吨位确定。一般门式刚架由变截面的实腹焊接工字型或轧制H型截面柱和梁组成。刚架斜梁一般情况下，当跨度小于24 m时采用等截面，当跨度不小于24 m时采用变截面。在门式刚架厂房结构体系中，常采用单跨、双跨、多跨、双坡或单坡的单层门式刚架。
屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条;外墙宜采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。通常厂房外墙在离地面1.5 m高范围内采用砖砌体，以防腐蚀、碰撞发生损坏。
2 材料优选
2.1 钢材选用
作为设计人员，应充分了解各种型号钢材市场价格后，对钢材的选用进行优化设计，并根据截面强度和结构变形等不同强度选用相应的钢材。一般厂房的门式刚架等构件宜采用Q235-B或Q345-A的钢。
2.2 螺栓选用
对于厂房门式刚架的柱与梁、梁与梁的连接，一般采用高强度螺栓(8.8级或10.9级)。在设计说明中应给定高强度螺栓的性能等级和连接材料的摩擦数。目前厂房设计一般用摩擦型连接。地脚螺栓一般采用C级螺栓，C级螺栓与构件固定后，应采用双螺帽或将螺丝丝口打毛等其他有效措施，防止松动。
3 连接节点设计优选
连接节点的设计是钢结构设计中重要内容之一。钢结构的连接方法可分为焊接、铆接、普通螺栓连接、高强螺栓连接。
3.1 梁柱或横梁节点选用
工业厂房一般情况下梁柱或横梁节点的连接采用高强螺栓连接或高强螺栓焊连接。
端板连接是门式刚架目前实际工程中应用最多的梁柱或横梁间节点连接类型，主要有外伸式、平板式、外伸式加肋等几种形式。加劲肋能大大提高节点抗弯能力，有效减少螺栓数量和端板厚度，故一般优先选用外伸式加肋的节点形式。
对于有吊车及大跨度，大荷载厂房的梁柱节点，应采用全焊与螺栓焊连接节点，此焊连接节点具有节点转动刚度大，工程费用低，但高空焊接工作量大。
3.2 柱脚连接选用
厂房的钢柱与混凝土基础通过锚栓连接形成了柱脚。柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚或铰接柱脚。确定柱脚的刚接和铰接，关键在于锚栓布置。柱脚的区别在于对侧移的控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，其余情况下，柱脚可设计成铰接。另外，如果底板和基础顶面的摩擦不能满足柱底剪力的传递要求，则须设置抗剪键，通常对有吊车的厂房需设置抗剪键。本工程就设置了抗剪键。
4 防腐蚀和防火设计优选
4.1 防腐蚀选用
钢结构的优点非常多，但它生锈腐蚀是一个致命的缺陷。钢结构的腐蚀不仅可能造成巨大的经济损失，也给结构的安全带来了隐患。本人曾经遇到过某选煤厂主洗煤车间，由于经常用水，车间内环境非常潮湿，导致钢结构厂房下部工字形钢柱结构腐蚀非常严重，有的柱腹板、翼缘板局部已腐蚀透，给主洗煤车间造成非常大的安全隐患。所以钢结构的防腐蚀设计和施工非常重要。
钢结构的防腐包括防锈和涂装:
1)钢结构的防腐关键在于除锈。只有彻底除锈才能消除隐患。除锈宜用喷砂或抛丸除锈，除锈等级不低一般为Sa2.5;2)钢结构表面在涂底漆之前，应彻底清除铁锈、焊渣、毛刺、油污、漆层、积水、积雪及泥土等;3)在钢结构表面刷防腐涂料，并应给定涂膜厚度。
4.2 防火设计选用
根据GB 50016-2006建筑设计防火规范中的要求进行防火设计。钢结构耐火性能差，其耐火极限仅为15 min，厂房是否进行防火设计应根据厂房的生产类别和耐火极限来确定，对于耐火等级为二级的厂房，当厂房的生产类别为丁、戊类时可不进行防火设计;对于厂房的生产类别为甲、乙、丙类时应进行防火设计。必须对钢结构构件表面采取防火措施，主要有:涂抹防火涂料;将耐火轻质板作为防火外包层;在构件外围浇筑混凝土或砌筑耐火砖。一般门式刚架的承重钢结构宜采用防火涂料防火。板、梁一般采用超薄型及薄型防火涂料，柱采用厚型防火涂料。
5 结语
2010年7月中旬中央机厂下料车间工程开始施工，由于车间柱下钢筋混凝土独立基础所处地基土质具有湿陷性，需要换土处理，工期受到了影响。待钢筋混凝土基础施工完毕后已进入了冬季施工，但安装上部钢结构仍可正常进行施工，真正体现了钢结构施工的优势，满足了建设单位对工期的要求。该车间建成投产后，使用良好，获得了建设单位的一致好评。作为工程设计人员，先后完成了多项门式刚架厂房的设计，取得了一些设计经验。
随着门式刚架结构设计和施工技术的日益成熟，门式刚架在工业厂房中的应用前景非常广阔。设计师一定要与时俱进，时刻掌握设计新理念，设计出更加经济、合理、安全、环保的门式刚架结构厂房。
摘要：与具体工程相结合,就门式刚架工业厂房的设计方案、材料选择、节点设计、防腐蚀和防火设计等进行了优化设计的探讨,为同类工程的设计提供有益的借鉴,促进了门式刚架在工业厂房中的广泛应用。
关键词：门式刚架,工业厂房,优化设计,工程应用
参考文献
[1]GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].
[2]CECS 102∶2002,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].
[3]GB 50009-2001,建筑结构荷载规范(2006年版)[S].
[4]04SG518-3,门式刚架轻型房屋钢结构[S].