钢结构厂房设计中应注意哪些要点

　　结合多年工作经验，对于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，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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