鋼結構廠房設計方案技術探討

1、鋼結構廠房設計方案技術探討摘要:文中主要介紹鋼結構廠房的特點，著重對設計中須注 意的設計要點、針對其吊車噸位大、結構為鋼結構廠房的特點, 結構形式的選擇及設計選用的鋼材做了闡述。關鍵詞:鋼結構廠房，設計要點1結構形式的確定1.1排架形式的確定鋼結構廠房的結構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、設有吊車起重量較小的單層工業(yè)房屋或公共建筑, 設置橋式吊車時，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;其他的結構可采用排架結構形式。排架柱在基礎處通常做成 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, 可以在屋蓋結構安裝完畢后再將柱頂剛接，以減少由屋蓋靜荷 載所產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，屋面采用保溫彩板圍護，不屬于重型屋蓋結構，綜合本工 程的結構特點，最終確定采用柱頂較接的排架結構形式。柱子 為焊接變截面實腹單階柱，屋架、吊車梁選用國標圖集。L2柱間支撐的布

3、置柱間支撐的布置:有吊車時，應在廠房單元中部設置上、下 柱間支撐，并應在廠房單元兩端增設上段柱柱間支撐;抗震設防 烈度為7度時結構單元長度大于120m, 8、9度時結構單元長 度大于90m,宜在單元中部1/3區(qū)段內設置上、下段柱間支撐。 根據工程的特點，柱間支撐選擇在廠房單元兩端設上段柱柱間 支撐，在廠房單元中部設置上、下柱間支撐。L3剛接柱腳形式的確定鋼結構柱腳按結構內力劃分，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，計算 和構造較復雜。剛性固定柱腳按其構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。根據本 工程的特點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構的承載能力和防止在一定條件下出現脆 性破壞，應根據結構的重要性、荷載特征、結構形式、應力狀 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 在鋼結構設計中，應注明建筑結構的設計使用年限、 鋼材牌號、連接材料的型號(或鋼號)和對鋼材所要求的力學性 能、化學成分及其

5、他的附加保證項目。此外，還應注明所要求 的焊縫形式、焊縫質量等級、端面刨平頂緊部位及對施工的要 求。另外還應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)的含量也應有限值, 雖然增加C含量會提高鋼材的強度，但是會降低鋼材的塑性及可焊 性。2.2.2 對焊接結構及非焊接結構限制采用Q235沸騰鋼須 注明。雖然現在隨著煉鋼技術的改進，沸騰鋼在市場上已經很 少遇到，但是一些小鋼廠還會生產沸騰鋼，所以對不能用沸騰 鋼的結構須明確指出。本工程主要結構受力構件的鋼材選用 Q235-B 鋼。2.2.3 對鋼材

6、強度及塑性、韌性的要求。鋼材的抗拉強度是鋼材受力破壞時所能達到的強度值，屈 服強度是設計時我們取用的強度值，抗拉強度至少大于屈服強 度20%,作為結構的安全儲備。伸長率的要求是對鋼材塑性的 要求，是為了保證結構的塑性設計而提出的要求。冷彎試驗的 合格保證及對沖擊韌性的要求是為了防止結構發(fā)生脆性破壞而 提出的，須嚴格執(zhí)行。2.2.4 設計中須明確規(guī)定對需要驗算疲勞的焊接、非焊接 結構鋼材沖擊韌性的合格保證。雖然本廠房為采暖房屋，但考 慮到會出現廠房采曖系統出現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提出了應具有 0C沖擊韌性的合格保證，選用Q345-C鋼。3設計中

7、所用到的計算軟件本工程計算鋼柱的軟件為中國建筑研究院編制的結構計算 軟件PKPM,選用的模塊為STS中的框排架模塊。計算結果須 滿足的項目有:強度計算應力比、平面內穩(wěn)定應力比（對應長細 比）、平面外穩(wěn)定應力比（對應長細比）、節(jié)點位移，同時須查看 超限信息輸出文件看是否有超限項目，如有超限項目，則須重 新調整模型，直到無超限項目出現為止。5厚鋼板的應用如何解決厚鋼板在焊接和受力過程中可能產生的層狀撕裂 現象，直接關系到整個鋼結構工程的質量和施工進度。鋼結構 設計規(guī)范GB50017-2003,針對鋼結構設計制造過程中， 可能出現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，建筑鋼結構

8、焊接技術規(guī)程也提出了厚度大于 40mm時應采用厚度方向性能鋼板。在T型接頭、角鋼接頭 和十字接頭中應采取防止層狀撕裂的技術措施。4.1 層狀撕裂的防止措施4.1.1 改進焊接節(jié)點的連接形式改進焊接節(jié)點的連接形 式可減小局部區(qū)域內由于焊縫收縮而引起的應力集中，可避免 鋼板在板厚垂直方向受拉，對易產生層狀撕裂的節(jié)點構造及相 應的改進，對桁架節(jié)點設計，應通過改變節(jié)點的構造設計來避 免或減小厚度方面上的應變。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生約束，約 束過強是層狀撕裂的主因，因此要按計算要求設計加勁肋及其 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生時，才可要 求采用Z向性能鋼。4.2 層狀撕裂的檢測與補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。設計時應有選擇地指定那些對結構整體安全有重要影 響，并有可能發(fā)生層狀撕裂的節(jié)點進行超聲波探傷，而探傷應 在制作安裝完成后進行。4.3 須注

10、意的事項5.1 設計中須明確對鋼結構連接材料的要求。這里須強調 的是對焊條烘干的要求，為了減少焊縫出現裂縫的可能，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 使用的時限都有嚴格的要求。5.2 螺栓間距的設置要求。螺栓間距如設置過大，則連接 板會連接不緊密，會有縫隙出現，會出現銹蝕現象，影響結構 的耐久性;螺栓間距如設置過小，則可能會出現連接板被剪斷的 現象，因此螺栓間距的設置須嚴格按鋼結構設計規(guī)范 (GB50017-2003)第 8.3.4 條規(guī)定設置。5.3 設置引弧板和引出板。焊接時，起弧和落弧時，會產 生焊接缺陷，會對母材有損傷，因此對重要的結構在設計中須 明確提出設置引弧板和引出板。5.4 鋼結構柱腳須用低標號的素混凝土包裹。因為鋼結構 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，應 盡量避免拼接。上、下翼緣板及腹板的拼接，應采用加引弧板（其 厚度和坡口