《重型厂房结构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重型厂房结构设计（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、-第2章 中、重型厂房构造设计中工招商网在冶金，造船，机械制造等行业、有许多重型厂房，它们的显著特点是跨度大、高度大、吨位大。例如冶金工业的转炉车间，装配一个容积的转炉时，共跨度可达30m，多层局部的高度可达80m，整个厂房占地面积达，吊车的起重量可达450t。在机械制造行业，有高度60m，吊车起重量高达1200t的重型厂房。综合分析可靠性，耐久性和经济性说明，这种重型工业厂房最适宜采用全钢构造建造。随着我国钢产量的增加，一些中型厂房也会采用全钢构造或钢屋盖构造。本章内容以重型厂房为主要对象，同时也论及中型厂房构造和一般钢桁架。2.1 构造形式和构造布置2.1.1 一般说明在房屋建筑学中，已经
2、学习了厂房的类别及平面、剖面和立面建筑设计的根本知识。重型厂房一般取单层刚(框)架构造形式，但也有一局部为多层刚架者。图21是典型单层单跨厂房构造简图，其屋顶既可采用钢屋架大型屋面板构造体系，亦可采用钢屋架檩条轻型屋面板构造体系，或横梁檩条轻型屋面板构造体系。图21 单层厂房构造简图1柱；2屋架；3吊车梁；4天窗架；5柱间支撑吊车是厂房中常见的起重设备，按照吊车使用的繁重程度(亦即吊车的利用次数和荷载大小)，国家标准起重机设计标准(GB3811)将其分为八个工作级别，称为A1A8。吊车的工作制等级与工作级别的对应关系 表21工作制等级轻级中级重级特重级工作级别A1A3A4,A5A6,A7A82
3、.1.1.1 柱网布置和计算单元厂房的柱网布置要综合考虑工艺、构造和经济等诸多因素来确定，同时还应注意符合标准化模数的要求。一般地，在跨度不小于30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于50t时，柱距取12m较为经济；参数较小的厂房取6m柱距较为适宜。如果采用轻型围护构造，则取大柱距15m，18m及24m较适宜。位于软弱地基上的重型厂房，应采用较大柱距。在一些工业部门为了满足工艺要求，厂房亦可呈多跨形式(如图22所示)。图22 柱网布置国家标准要求，在厂房的纵向或横向的尺度较大时，一般应按表22在平面布置中设置温度收缩缝，以防止构造中衍生过大的温度应力。超出表中数值时，应考虑温度应力和温度
4、变形影响。双柱温度收缩缝或单柱温度收缩缝原则上皆可采用，不过在地震城区宜布置双柱收缩缝。温度区段长度表 m 表22构造情况纵向温度区段垂直屋架或构架跨度方向横向温度区段屋架或构架跨度方向柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋露天构造 220180120120100150125 由于工艺要求或其他原因，有时需要将柱距局部加大。如图22中，在纵向轴线B与横向轴线L相交处不设柱子，因而导致轴线K和M之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。通常在拔柱处设置构件，如图22中的构建T1，上承屋架(或其他屋面构造)，下传柱子，该构件为实腹式时称为托粱，桁架式时称为托架
5、。托梁和托架一般作为简支受弯构件。托粱可采用焊接工字型截面，其截面高度可取其跨度的11018，翼缘宽度取截面高度的15125，箱形托梁双腹板之间的距离可取其截面高度的141/2, 且不宜小于400m。托架高度可取其跨度的11()15，节间距可取3m。托梁或托架与屋架的连接有叠接和平接两种，前者构造简单，便于施工，但存在使托梁或托架受扭的缺点；后者可有效地减轻托梁或托架受扭的不利影响，较常用。为了进展构造分析，必须明确横向框架所承当的荷载，通常以计算单元表示。图22中阴影局部所示，即为位于轴线j上的两跨框(排)架的计算单元、它的宽度一般是相邻柱距的平均值。对于等柱距且无拔柱的平面布置，显然只需取
6、一个计算单元。否则，应当划分数个计算单元。在柱网布置和剖、立面设计中还涉及到诸多几何参数的相互协调，尤其是吊车外轮廓与屋架下弦下外表之间的净距、吊车大轮的中心线与柱纵向定位轴线之间的净距离b、吊车外轮廓与柱体内外表之间的净距离c等，可参见图23取值，图23 吊车外轮廓线与临近构件的净距要求2.1.1.2 横向框架及其截面选择横向框架可呈各种形式(如图24)。重型厂房的柱脚通常做成刚接，这不仅可以削减柱段的弯矩绝对值(从而减小柱裁面尺寸)，而且增大横向框架的刚度：横梁与柱子的连接可以是铰接(如图24c)，亦可以是刚接(如图24a，b)，相应地，称横向框架为铰接框架或刚接框架。对一些刚度要求较高的
7、厂房(如设有双层吊车，装备硬钩吊车等)，尤其是单跨重型厂房，宜采用刚接框架。在多跨时，特别在吊车起重量不很大和采用轻型围护构造时，适宜采用铰接框架(如图24c)。图 24 框架形式从耗钢量考虑，重型厂房中的承重柱很少采用等截面实腹式柱，一般采用阶梯形柱。其下段通常取缀条格构式，而上段既可采用实腹式(见图25a)，亦可采用格构式。但是当格构式柱的加工制作费用比重增大时，需综合权衡经济指标来选择承重柱的构造形式，如边柱下段做成空腹式。实腹式等截面柱的构造简单，加工制作费用低，常在厂房高度不超过10m且吊车额定起重量不超过20t时采用。厂房高度不大，但吊车额定起重量超过100t，或吊车吨位不大而厂房
8、高度较大(有刚度要求)时，宜采用别离式承重柱。别离式柱的吊车肢和屋盖肢通常用水平板做成柔性连接(见图25b)。这种连接既可减小两肢在框架平面内的计算长度，又实现了两肢分别单独承当吊车荷载和屋盖(包括围护构造)荷载的设计意图。尤其对位置不高的大吨位吊车或车间有可能改扩建时，别离式柱更显其优点。 图25 格构式柱与别离式柱(a) 具有别离式柱脚的格构式； (b) 别离式柱双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常见形式图26是其截面的常见类型。图26 双肢格构式柱厂房构造形式的选取不仅要考虑吊车的起重量，而且还要考虑吊车的工作级别及吊钩类型，对于装备A6A8级吊车的车间除了要求构造具有大的横向刚度外，还应
9、保证足够大的纵向刚度。因此，对于装备A6A8级吊车的单跨厂房，宜将屋架和柱子的连接以及柱子和根底的连接均作刚性构造处理。纵向刚度则依靠柱的支撑来保证。设计在侵蚀性环境中工作的厂房，除了要选择耐腐蚀性的钢材，还应寻求有利于防侵蚀的构造形式和构造措施。同理，在高热环境中工作的厂房，在设计中不仅要考虑对构造的隔热防护，亦应采用有利于隔热的构造形式和构造措施。可参照已有的同类型构件或设计参考资料，初步确定构件的截面尺寸。在无资料可参照时，可按表23初拟柱各段截面的高度和宽度。其中Q指吊车吨位，H指全柱长度，指上阶柱长度。柱各段截面的高度和宽度 表 23类别柱高H(m)无吊车等截面柱阶 形 柱上阶形下阶
10、形阶形柱无论是实腹式还是格构式，均是以肩粱将其各阶段连在一起形成整体的。肩梁有单腹壁和双腹壁之分，如图27所示图27 肩梁构造及计算简图（a） 单腹壁肩梁； (b) 双腹壁肩梁； (c) 肩梁计算简图2.1.1.3 柱间支撑 作用于厂房山墙上的风荷载、吊车的纵向水平荷载、纵向地震力等均要求厂房具有足够的纵向刚度。这在构造上是通过合理的柱间支撑和屋盖支撑(参见213节)的设置来实现的。每列柱都必须设置柱间支撑，多跨厂房的中列柱的柱间支撑宜与其边列柱的柱间支撑布置在同一柱间。通常将吊车梁上部的柱间支撑称为上层柱间支撑，吊车梁下部的柱间支撑称为下层柱间支撑(参见图28)。下层柱间支撑一般宜布置在温度
11、区段的中部，以减少纵向温度应力的影响。当湿度区段长度大于150m或抗震设防烈度为8度、类场地和9度时，应当增设一道下层柱间支撑，且两道下层柱间支撑的距离不应超过72m。上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱间设置外还应当在每个温度区段的两端设置。每列柱顶均要布置刚性系杆。图28 柱间支撑布置常见的下层柱间支撑是单层十字形(见图29)。支撑的倾角应控制在之间，如果单层十字形不能满足这种构造要求。可选用人字形，K形，Y形，双层十字形或单斜杆形。如果由于柱距过大或其他原因(例如工艺或建筑上的需要)，不能设置上述形式的下层柱间支撑时。可以考虑采用门形，L形柱间支撑，甚至不加任何斜撑而将吊车梁与下段柱
12、的吊车肢刚性连接构成刚架。后一方式制造和安装都较复杂，一般不提倡使用。上层柱间支撑的常见形式见图210，一般采用十字形，人字形或K形，柱距较大时可取v形或八字形。图29 下层柱间支撑的形式a单层十字形b人字形cK形dY形e单斜杆形f门形 gL形 h刚架形 i双层十字形 图210 上层柱间支撑的形式 （a） 十字形 b人字形 cK形 d八字形 eV形2.1.2 屋架外形及腹杆形式2.1.2.1 桁架的应用 桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式构造。桁架中的杆件大局部情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，因而容易发挥材料的作用。在工业与民用房屋建筑中，当跨度比拟大时用梁作屋盖的承重
13、构造是不经济的，这时都要用桁架，这种用于屋盖承重构造的梁式桁架叫屋架。此外，拱架、网架也都能用作屋盖的承重构造。本章主要结合钢屋架阐述桁架设计的各种问题，也简单介绍一些其他用途的桁架的特点。2.1.2.2 桁架的外形及腹杆形式桁架的外形宜承受到它的用途的影响。就屋架来说，外形如图211所示。其中前四种为单系腹杆第五种即穿插腹杆为复系腹杆。 图211 钢屋架的外形 2.1.2.3 确定桁架形式的原则桁架外形与腹杆形式，应该经过综合分析来确定。确定的原则应从下述几个方面考虑。1满足使用要求 对屋架来说，上弦的坡度应适合防水材料的需要。此外，屋架在端部与柱是简支还是刚接。房屋内部净空有何要求，有无吊
14、顶，有无悬挂吊车，有无天窗及天窗形式以及建筑造型的需要等，也都影响屋架外形确实定。三角形屋架上弦坡度比拟陡，适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮等屋面材料，坡度一般在。梯形屋架上弦较平坦，适合于采用压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板(带油毡防水材料)，坡度一般在。当采用长压型钢板顺坡铺设屋面时，最缓的可用到120甚至更小的坡度。三角形屋架端部高度小需加隅撑(图212)才能与柱形成刚接，否则只能与柱形成铰接。梯形屋架的端部可做成足够的高度，因之即可铰支于杆也可通过两个节点与柱相连而形成刚接框架。近年来一些国家在厂房中多采用平行弦双坡屋架，我国宝山钢铁公司初轧厂的屋架形式如图211(f)所示。图212 有隅撑的框架图213 皮带运输机桥简支桁架皮带运输机桥的桁架是斜置的(图213c)、通常跨度不特别大，一般采用户平行弦桁架，带竖杆的人字式腹杆体系(图213a)，有时也用豪氏屋架中的单向斜杆体系(图213b)。(2)受力合理 只有受力合理时才能充分发挥材料作用，从而到达节省材料的目的。对弦杆来，所谓受力合理是要使各节间弦杆的内力相差不太大，这样，用根通长的型钢来做弦杆时对内力小的节间就没有太大的浪费。一般讲，简支屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比拟接近。但是，弦杆做成折线形时节点费料费工，所以
