重型厂房结构设计.doc.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑重型厂房结构设计.doc 　第 第2 章 中、重型厂房结构设计 中工招商网 在冶金，造船，机械制造等行业、有很多重型厂房，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3400m 的转炉时，共跨度可达 30m，多层部分的高度可达 80m，整个厂房占地面积达230000m ，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牢靠性，耐久性和经济性表明，这种重型工业厂房最相宜采纳全钢结构建筑随着我国钢产量的增加，一些中型厂房也会采纳全钢结构或钢屋盖结构本章内容以重型厂房为主要对象，同时也论及中型厂房结构和一般钢桁架 　2.1 结构形式和结构布置 2.1.1 一般说明 在房屋建筑学中，已经学习了厂房的类别及平面、剖面和立面建筑设计的基本学问重型厂房一般取单层刚(框)架结构形式，但也有一部分为多层刚架者图 21 是典型单层单跨厂房构造简图，其屋顶既可采纳钢屋架大型屋面板结构体系，亦可采纳钢屋架檩条轻型屋面板结构体系，或横梁檩条轻型屋面板结构体系 　 图 图 2 1 　 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，根据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《起重机设计规范》(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 表 2 1 工作制等级 轻级 中级 重级 特重级 工作级别 A1 A3 A4,A5 A6,A7 A8 　2.1.1.1 柱网布置和计算单元 厂房的柱网布置要综合考虑工艺、结构和经济等诸多因素来确定，同时还应留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 柱距较为合适假如采纳轻型围护结构， 　则取大柱距 15m，18m 及 24m 较相宜位于脆弱地基上的重型厂房，应采纳较大柱距在一些工业部门．为了满意工艺要求，厂房亦可呈多跨形式(如图 22 所示) 　图 图 2 2 柱网布置 　国家规范要求，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，以避开结构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纳，不过在地震城区宜布置双柱收缩缝 　温度区段长度表 （m ） 　表 表 2 2 结构状况 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 　露天结构 　 220 　 180 　 120 　120 　 100 　 150 　 125 　 　 由于工艺要求或其他缘由，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(或其他屋面结构)，下传柱子，该构件为实腹式时称为托粱，桁架式时称为托架托梁和托架一般作为简支受弯构件托粱可采纳焊接工字型截面，其截面高度可取其跨度的 1／101／8，翼缘宽度取截面高度的 1／51／2．5，箱形托梁双腹板之间的距离可取其截面高度的 1／41/2, 　且不宜小于 400m托架高度可取其跨度的 1／1()1／5，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，前者构造简洁，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 　为了进行结构分析，必需明确横向框架所担当的荷载，通常以计算单元表示图22中阴影部分所示，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，明显只需取一个计算单元否则，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表面之间的净距 a 、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表面之间的净距离 c 等，可参见图 23 取值， 　 图 图 2 3 　吊车外轮廓线与接近构件的净距要求 　 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肯定值(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，宜采纳刚接框架在多跨时，特殊在吊车起重量不很大和采纳轻型围护结构时，相宜采纳铰接框架(如图 24c) 　图 图 2 4 　 框架形式 　从耗钢量考虑，重型厂房中的承重柱很少采纳等截面实腹式柱，一般采纳阶梯形柱其下段通常取缀条格构式，而上段既可采纳实腹式(见图 25a)，亦可采纳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结构形式，如边柱下段做成空腹式实腹式等截面柱的构造简洁，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 时采纳厂房高度不大，但吊车额定起重量超过 100t，，或吊车吨位不大而厂房高度较大(有刚度要求)时，宜采纳分别式承重柱分别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担当吊车荷载和屋盖(包括围护结构)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，分别式柱更显其优点 　图 图 2 5 格构式柱与分别式柱 (a) 具有分别式柱脚的格构式； 　(b) 分别式柱 　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 图 2 6 　双肢格构式柱 厂房结构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结构具有大的横向刚度外，还应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基础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结构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结构的隔热防护，亦应采纳有利于隔热的结构形式和构造措施 　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，1H 指上阶柱长度 　柱各段截面的高度和宽度 　 表 2 3 类别 柱高 H(m) 无吊车 30 Q t £ 　50 100 t Q t £ £ 　125 250 t Q t £ £ 　300 Q t ³ 　等截面柱 10 H £ ( ) 1/20 1/15 H - ( ) 1/18 1/12 H - 　 10 20 H < £ 　( ) 1/25 1/18 H - ( ) 1/20 1/15 H - 　20 H > 　( ) 1/30 1/20 H - 　阶 　形 　柱 上阶形 15 H £ 　 ( )11/10 1/7 H - 　( )11/9 1/6 H - 　15 10 H < £ 　 ( )11/10 1/8 H - 　( )11/10 1/7 H - 　( )11/9 1/6 H - 　110 H > 　( )11/12 1/9 H - 　( )11/12 1/8 H - 　( )11/10 1/7 H - 　下阶形 20 H £ 　 ( ) 1/15 1/12 H - ( ) 1/15 1/10 H - ( ) 1/12 1/9 H - ( ) 1/10 1/8 H - 　20 30 H < £ 　 ( ) 1/18 1/12 H - ( ) 1/15 1/10 H - 　( ) 1/12 1/9 H - 　30 H > 　( ) 1/20 1/15 H - ( ) 1/18 1/12 H - 　( ) 1/15 1/10 H - 　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 图 2 7 　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结构上是通过合理的柱间支撑和屋盖支撑(参见 2．1．3 节)的设置来实现的每列柱都必需设置柱间支撑，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区段的中部，以削减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Ⅲ、Ⅳ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 图 2 8 　柱间支撑布置 常见的下层柱间支撑是单层十字形(见图 29)支撑的倾角应掌握在 35 55° °- 之间，假如单层十字形不能满意这种构造要求。

可选用人字形，K 形，Y 形，双层十字形或单斜杆形假如由于柱距过大 ( ) 12m ³或其他缘由(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纳门形，L 形柱间支撑，甚至不加任何斜撑而将吊车梁与下段柱的吊车肢刚性连接构成刚架后一方式制造和安装都较简单，一般不提倡使用上层柱间支撑的常见形式见图 210，一般采纳十字形，人字形或 K 形，柱距较大时可取 v 形或八字形 　 图 图 2 9 　下层柱间支撑的形式 （ （a ）单层 十字形（b ）人字形（c ）K 形（d ）Y 形（e ）单斜杆形 （ （f ）门形 （g ）L 形 （h ）刚架形 （i ）双层十字形 　 图 图 2 10 　上层柱间支撑的形式 　 （ （a） 　） 　十字形 （b ）人字形 （c ）K 形 （d ）八字形 （e ）V 形 　 2.1.2 　屋架形状及腹杆形式 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结构桁架中的杆件大部分状况下只受轴线拉力或压力应力在截面上匀称分布，因而简单发挥材料的作用 　在工业与民用房屋建筑。