鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)方案技術(shù)探討

1、鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)方案技術(shù)探討摘要:文中主要介紹鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)，著重對設(shè)計(jì)中須注 意的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、針對其吊車噸位大、結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn), 結(jié)構(gòu)形式的選擇及設(shè)計(jì)選用的鋼材做了闡述。關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)廠房，設(shè)計(jì)要點(diǎn)1結(jié)構(gòu)形式的確定1.1排架形式的確定鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種：門式剛架、排架、 剛接框架。門式剛架通常適用于跨度936m、柱距6m、柱高 4.512m、設(shè)有吊車起重量較小的單層工業(yè)房屋或公共建筑, 設(shè)置橋式吊車時，宜為起重量不大于20t的中、輕級工作制吊 車;設(shè)置懸掛吊車時，起重量不宜大于3t;對廠房較高 (H>18m)時單跨(多跨)，吊車起重量較大(Q>50t)及硬鉤

2、吊 車的重型廠房，為保證廠房橫向剛度要求，宜采用剛接框架形 式;其他的結(jié)構(gòu)可采用排架結(jié)構(gòu)形式。排架柱在基礎(chǔ)處通常做成 固定端，柱頂與屋架或橫梁的連接可以做成較接，也可以做成 剛接。柱的上下兩端均為剛接的排架，可以增加剛度和節(jié)約鋼 材。通常在采用重型屋蓋的剛排架中，為了減少柱上端的彎矩, 可以在屋蓋結(jié)構(gòu)安裝完畢后再將柱頂剛接，以減少由屋蓋靜荷 載所產(chǎn)生的柱頂固定端彎矩。本工程中橋式吊車為50匕沒有懸掛吊車，也沒有天窗系 統(tǒng)，屋面采用保溫彩板圍護(hù)，不屬于重型屋蓋結(jié)構(gòu)，綜合本工 程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最終確定采用柱頂較接的排架結(jié)構(gòu)形式。柱子 為焊接變截面實(shí)腹單階柱，屋架、吊車梁選用國標(biāo)圖集。L2柱間支撐的布

3、置柱間支撐的布置:有吊車時，應(yīng)在廠房單元中部設(shè)置上、下 柱間支撐，并應(yīng)在廠房單元兩端增設(shè)上段柱柱間支撐;抗震設(shè)防 烈度為7度時結(jié)構(gòu)單元長度大于120m, 8、9度時結(jié)構(gòu)單元長 度大于90m,宜在單元中部1/3區(qū)段內(nèi)設(shè)置上、下段柱間支撐。 根據(jù)工程的特點(diǎn)，柱間支撐選擇在廠房單元兩端設(shè)上段柱柱間 支撐，在廠房單元中部設(shè)置上、下柱間支撐。L3剛接柱腳形式的確定鋼結(jié)構(gòu)柱腳按結(jié)構(gòu)內(nèi)力劃分，可分為錢接柱腳和剛性固定 柱腳兩大類。錢接柱腳僅傳遞豎向荷載和水平荷載。剛性固定 柱腳，除了傳遞豎向荷載和水平荷載外，還要傳遞彎矩，計(jì)算 和構(gòu)造較復(fù)雜。剛性固定柱腳按其構(gòu)造形式可分為三種形式： 露出式柱腳，埋入式或插入

4、式柱腳，以及外包式柱腳。根據(jù)本 工程的特點(diǎn)選擇帶柱靴的露出式剛性固定柱腳。2鋼柱鋼材的選用及要求2.1 鋼柱鋼材的選用為了保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力和防止在一定條件下出現(xiàn)脆 性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀 態(tài)、連接方法、鋼材厚度和工作環(huán)境等因素綜合考慮，選用合 適的鋼材牌號和材性。一般可選用的鋼材有:Q235鋼、Q345 鋼、Q390鋼、Q420鋼。因本工程柱距、跨度均較小，屋面為 輕型彩板屋面，故鋼柱選用Q235鋼。2.2 對鋼材材性的要求2.2.1 在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注明建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限、 鋼材牌號、連接材料的型號(或鋼號)和對鋼材所要求的力學(xué)性 能、化學(xué)成分及其

5、他的附加保證項(xiàng)目。此外，還應(yīng)注明所要求 的焊縫形式、焊縫質(zhì)量等級、端面刨平頂緊部位及對施工的要 求。另外還應(yīng)注明對有害元素的限值及對鋼材塑性、韌性的要 求，主要是對硫(S)、磷(P)含量的限值，S會增加鋼材的熱脆 性，P會增加鋼材的冷脆性，最后對碳(C)的含量也應(yīng)有限值, 雖然增加C含量會提高鋼材的強(qiáng)度，但是會降低鋼材的塑性及可焊 性。2.2.2 對焊接結(jié)構(gòu)及非焊接結(jié)構(gòu)限制采用Q235沸騰鋼須 注明。雖然現(xiàn)在隨著煉鋼技術(shù)的改進(jìn)，沸騰鋼在市場上已經(jīng)很 少遇到，但是一些小鋼廠還會生產(chǎn)沸騰鋼，所以對不能用沸騰 鋼的結(jié)構(gòu)須明確指出。本工程主要結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的鋼材選用 Q235-B 鋼。2.2.3 對鋼材

6、強(qiáng)度及塑性、韌性的要求。鋼材的抗拉強(qiáng)度是鋼材受力破壞時所能達(dá)到的強(qiáng)度值，屈 服強(qiáng)度是設(shè)計(jì)時我們?nèi)∮玫膹?qiáng)度值，抗拉強(qiáng)度至少大于屈服強(qiáng) 度20%,作為結(jié)構(gòu)的安全儲備。伸長率的要求是對鋼材塑性的 要求，是為了保證結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)而提出的要求。冷彎試驗(yàn)的 合格保證及對沖擊韌性的要求是為了防止結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞而 提出的，須嚴(yán)格執(zhí)行。2.2.4 設(shè)計(jì)中須明確規(guī)定對需要驗(yàn)算疲勞的焊接、非焊接 結(jié)構(gòu)鋼材沖擊韌性的合格保證。雖然本廠房為采暖房屋，但考 慮到會出現(xiàn)廠房采曖系統(tǒng)出現(xiàn)故障吊車還會工作的情況時，且 本地區(qū)最低氣溫為-34,所以對吊車梁的材質(zhì)提出了應(yīng)具有 0C沖擊韌性的合格保證，選用Q345-C鋼。3設(shè)計(jì)中

7、所用到的計(jì)算軟件本工程計(jì)算鋼柱的軟件為中國建筑研究院編制的結(jié)構(gòu)計(jì)算 軟件PKPM,選用的模塊為STS中的框排架模塊。計(jì)算結(jié)果須 滿足的項(xiàng)目有:強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力比、平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比（對應(yīng)長細(xì) 比）、平面外穩(wěn)定應(yīng)力比（對應(yīng)長細(xì)比）、節(jié)點(diǎn)位移，同時須查看 超限信息輸出文件看是否有超限項(xiàng)目，如有超限項(xiàng)目，則須重 新調(diào)整模型，直到無超限項(xiàng)目出現(xiàn)為止。5厚鋼板的應(yīng)用如何解決厚鋼板在焊接和受力過程中可能產(chǎn)生的層狀撕裂 現(xiàn)象，直接關(guān)系到整個鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量和施工進(jìn)度。鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003,針對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造過程中， 可能出現(xiàn)的鋼板厚度方向的層狀撕裂，提出了沿厚度方向性能 鋼板的要求，建筑鋼結(jié)構(gòu)

8、焊接技術(shù)規(guī)程也提出了厚度大于 40mm時應(yīng)采用厚度方向性能鋼板。在T型接頭、角鋼接頭 和十字接頭中應(yīng)采取防止層狀撕裂的技術(shù)措施。4.1 層狀撕裂的防止措施4.1.1 改進(jìn)焊接節(jié)點(diǎn)的連接形式改進(jìn)焊接節(jié)點(diǎn)的連接形 式可減小局部區(qū)域內(nèi)由于焊縫收縮而引起的應(yīng)力集中，可避免 鋼板在板厚垂直方向受拉，對易產(chǎn)生層狀撕裂的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及相 應(yīng)的改進(jìn)，對桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，應(yīng)通過改變節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)來避 免或減小厚度方面上的應(yīng)變。4.1.2 采用合理的焊縫形式及小焊腳焊縫焊縫的形式對 基材變形有很大影響，坡口焊縫的坡口越大，焊縫表面積也越 大，將增加收縮應(yīng)力，焊縫的尺寸對基槽變形也有很大影響， 不要隨意增加焊縫尺寸，應(yīng)盡量

9、采用小焊腳焊縫，并盡可能使 焊縫的體積減至最小。4.1.3 合理布置加勁肋加勁肋的布置要合理，加勁肋會對焊接變形產(chǎn)生約束，約 束過強(qiáng)是層狀撕裂的主因，因此要按計(jì)算要求設(shè)計(jì)加勁肋及其 焊縫。4.1.4 采用能保證板厚方向即Z向延性性能鋼Z向性能 鋼由于其生產(chǎn)的特殊要求，其價格比通鋼材貴得多，因此，只 有在采取了以上措施仍無法滿足防止層狀撕裂產(chǎn)生時，才可要 求采用Z向性能鋼。4.2 層狀撕裂的檢測與補(bǔ)救檢測層狀撕裂的有效手段是超聲波探傷，而X射線探傷效 果不佳。設(shè)計(jì)時應(yīng)有選擇地指定那些對結(jié)構(gòu)整體安全有重要影 響，并有可能發(fā)生層狀撕裂的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行超聲波探傷，而探傷應(yīng) 在制作安裝完成后進(jìn)行。4.3 須注

10、意的事項(xiàng)5.1 設(shè)計(jì)中須明確對鋼結(jié)構(gòu)連接材料的要求。這里須強(qiáng)調(diào) 的是對焊條烘干的要求，為了減少焊縫出現(xiàn)裂縫的可能，焊條 在使用前須烘干，焊條烘干時對烘干時間、烘干溫度、烘干后 使用的時限都有嚴(yán)格的要求。5.2 螺栓間距的設(shè)置要求。螺栓間距如設(shè)置過大，則連接 板會連接不緊密，會有縫隙出現(xiàn)，會出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，影響結(jié)構(gòu) 的耐久性;螺栓間距如設(shè)置過小，則可能會出現(xiàn)連接板被剪斷的 現(xiàn)象，因此螺栓間距的設(shè)置須嚴(yán)格按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB50017-2003)第 8.3.4 條規(guī)定設(shè)置。5.3 設(shè)置引弧板和引出板。焊接時，起弧和落弧時，會產(chǎn) 生焊接缺陷，會對母材有損傷，因此對重要的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中須 明確提出設(shè)置引弧板和引出板。5.4 鋼結(jié)構(gòu)柱腳須用低標(biāo)號的素混凝土包裹。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu) 柱腳會銹蝕，為了滿足耐久性的要求，須用素混凝土包裹。5.5 吊車梁上、下翼緣板在跨中三分之一跨長范圍內(nèi)，應(yīng) 盡量避免拼接。上、下翼緣板及腹板的拼接，應(yīng)采用加引弧板（其 厚度和坡口