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钢结构厂房设计特点与设计要点

人气:发表时间:2019-03-30

  随着我国经济的发展,科技的迅速提高,建筑业有了极大的改进,厂房设计也逐步从落后的混凝土结构中走了出来,钢结构厂房相对于传统厂房结构形式具有明显的优越性,于是得到了广泛的运用。因此,对于钢结构厂房的设计自然至关重要。我们因给予高度的重视。鉴于此,本文对钢结构厂房结构设计的要点进行了论述。
  
  随着经济社会不断发展,人们对建筑建设的要求也在不断提高,不仅要满足施工速度,还要求具有很好的环保性、灵活性和抗震性等。同时随着各种工艺技术也在不断进步。钢结构厂房在这方面就很好的凸显了其优越性,不断获得普遍的推广和使用。
  
  一、钢结构厂房设计的特点
  
  钢结构厂房是指采用钢板和热扎、冷弯或焊接型材,通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的国际流行的门式刚架轻钢结构体系形式。
  
  门式刚架钢结构厂房在国内技术成熟,受到用户普遍接受和认可,成为目前国内发展速度最快的一种钢结构形式。门式刚架钢结构厂房可以做成大跨度,大空间,便于内部灵活布置和使用。(钢结构厂房采用门式刚架体系其单跨度甚至可达到80米。多跨可达到180米甚至跨度更大)钢结构厂房主要是用在不承受大载荷的承重建筑。采用轻型H型钢(焊接或轧制;变截面或等截面)做成门形刚架支承,C型、Z型冷弯薄壁型钢作檩条和墙梁,压型钢板或轻质夹芯板作屋面、墙面围护结构,采用高强螺栓、普通螺栓及自攻螺丝等连接件和密封材料组装起来的门式刚架钢结构体系。
  钢结构厂房设计
  钢结构厂房在全球范围内,特别是在发达国家和地区钢结构建筑工程领域中得到更合理、广泛的应用。钢结构厂房可广泛应用于工业厂房,净化车间,仓储库房,超市,会馆展厅。
  
  钢结构厂房设计特点:钢结构厂房自重轻,强度大,跨度大,空间大。设计先进,采用最先进的设计方法,充分发挥钢材抗震性好、抗冲击性好、刚性好、变形能力强的特点。而且还可以重复再利用,可以节约大量钢材。结构新颖、简洁、轻巧,占用面积小,使用面积大,有效扩大了建筑物的内部空间,彩钢夹芯复合板,金属压型板等新型墙体屋面材料围护,更显示出建筑的时代感。安装快捷,构件标准,制作精良,施工安装简便、快捷、安全。
  
  二、钢结构厂房的主要构成部分:
  
  1、地基基础
  
  地基的强度问题主要包括:地基承载力不足或地基丧失稳定性,斜坡丧失稳定性。地基变形问题主要是指软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等地区过大的变形和不均匀沉降。地基的破坏通常有三种形式:整体剪切破坏、冲切剪切破坏和局部剪切破坏。
  
  2、柱系统
  
  按照最不利荷载组合设计的柱子,由于荷载同时出现的概率很低,在正常工作条件下,实际应力低于设计应力很多,柱的安全储备相当大,出现破坏的可能性很小,发生柱整体承载能力不足的而导致破坏的情况很少。工业厂房的柱子常发生如下破坏(柱肢变形、柱肢体有切口、格构式柱子腹杆弯曲和扭曲变形、柱头与吊车梁支撑牛腿处焊缝开裂、柱子垂直倾斜,围护结构连接节点损坏,吊车轨道偏位),将会影响生产。
  钢结构厂房设计结构
  3、钢屋盖系统
  
  首先钢屋盖承重构件是由壁薄、细长的杆件组成,截面形状复杂,节点应力集中又有偏心;其次设计屋盖系统时计算荷载、计算简图较正确,且接近计算极限状态,结构构件的承载力安全储备最小,对超载、温度和腐蚀作用十分敏感,容易因为偶然因素而失效,再加上制造、安装和使用过程中出现的各种影响,钢结构屋盖成为钢结构厂房破坏中最严重的部分。钢屋盖发生破坏包括屋盖倒塌、桁架杆件断裂(包括与节点板连接断开)、屋盖挠曲超标准、杆件弯曲、节点板弯曲或开裂、屋盖支撑屈曲等类型。
  
  4、 吊车梁系统
  
  吊车梁系统是钢结构工业厂房的重要组成部分,包括吊车梁、制动结构、吊车轨道和连接。吊车梁受力复杂,且吊车的垂直力和侧向力具有动力特征、冲击和疲劳作用,比起屋盖系统吊车梁的计算简图、计算方法与实际情况差异更大、不定性更多,结构的耐久性和可靠性最低。
  
  三、钢结构厂房结构设计的要点
  
  1、钢结构厂房设计采用的结构体系
  
  钢结构厂房因为工艺布置的要求,一般都需要大空间,结构通常采用框架结构,在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。结构布置的原则是:尽量使柱网对称均匀布置,使房屋的刚度中心与质量中心相近,以减小房屋的空间扭转作用,结构体系要求简捷、规则、传力明确。避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩,以及竖向变化过多的外挑和内收,力求沿竖向的刚度不突变或少突变。由于多层厂房跨度方向尺寸较大,柱子少;而柱距方向尺寸较小,柱子多。一般都是横向控制,使纵横向的抗震能力大致相同,不仅有利于抗震,也使设计更为经济合理。
  
  2、钢结构厂房设计的选址
  
  厂房设计选址很关键,因尽量避免地震区,地震区房屋的伸缩缝是合一的,当房屋较长时,宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝;施工中,每隔40m设置一道800mm一个1400mm宽的后浇带,后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段;在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位,适当提高配筋率;加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。
  
  3、钢结构厂房的的防火设计
  
  钢结构工业厂房防火能力很差,当钢材受热在100℃以上时,随着温度的升高,钢材的抗拉强度降低,塑性增大;温度在250℃左右时,钢材抗拉强度略有提高,而塑性却降低,出现蓝脆现象;当温度超过250℃时钢材出现徐变现象;当温度达500℃时,钢材强度降至很低,以致钢结构塌落。因此,钢结构必须做隔热及防火设计。
  钢结构厂房设计图纸
  (1)正确定义建筑物生产的火灾危险性类别,合理确定建筑的耐火等级依据《建筑设计防火规范》,对厂房生产火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊五类,如果确定工程为二级耐火等级,就应该严格按照二级耐火等级加涂防火涂料进行防护,使钢构件达到二级防火等级的耐火极限要求。
  
  (2)设计时要选用恰当的钢结构防火保护方法对钢结构采取有效的保护,就是将钢结构的耐火极限提高到规范规定的值,防止钢构件遇火发生变形塌落。目前,保护钢结构厂房最常用的方法是在其表面涂覆钢结构防火涂料,发生火灾时它作为耐火隔热保护层,有效地提高钢构件的耐火极限,满足现行国家规范的要求。在使用防火涂料时,应当注意防火涂料和底层防腐涂料的相互匹配,不得与底层防腐涂料发生化学反应,以免影响防腐防火效果。我们在设计时,要根据不同建筑对构件耐火极限的要求,通过科学比较,选出最恰当的防火保护方法,达到经济和安全要求。
  
  (3)钢结构建筑设计时要合理划分建筑物的防火分区,对每个防火分区的面积进行严格的控制。同时要控制每个分区的疏散口数量及疏散距离,安全出口是指符合防火规范规定的疏散楼梯、直通室外地平面或安全区域的门。由于钢结构建筑自身存在的弱点,我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素,将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑,加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求,科学设置疏散指示标志,使人员能快速疏散到安全地带,从而大大减少人员伤亡和人民财产损失。
  
  4、钢结构厂房的防腐设计
  
  钢结构表面直接暴露在大气中就会锈蚀,当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢结构处在潮湿环境中时,钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅会使构件截面减小,还会使钢构件表层局部产生锈坑,当构件受力时将引起应力集中现象,使结构过早破坏。因此,对钢结构厂房构件的防锈蚀问题应予以足够的重视,并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、工艺布置、材料选择等方面采取相应对策和措施,以确保厂房结构的安全。为了防止金属表面锈蚀,常采用防锈防腐涂料对其进行涂装保护,保护层透气是造成金属表面失去阴极保护而加快锈蚀速率的诱因。因此,防腐涂层只有具备了致密、疏水性强、附着力好、电阻大或涂层足够厚的条件时,才能有效地屏蔽水蒸气、氧气、氯离子等的侵蚀,起到物理防锈作用。一般室内钢结构在自然大气介质作用下,要求涂层厚度100μm,即底漆两道,面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构,要求漆膜总厚度为150μm~200μm。在酸环境中的钢结构要求使用氯磺化防酸漆。钢柱柱脚在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹,其保护层厚度不小于50mm。
  
  5、钢结构厂房设计电梯间的位置安排
  
  多层厂房由于设备、货物很重,竖向运输的需要,均要设置电梯。钢筋混凝土电梯井筒刚度很大,应充分考虑电梯井筒对建筑物的偏心影响,在结构布置上尽量避免电梯井筒布置在建筑物的角部和端部。
  
  在钢结构厂房设计的过程中,我们应严格按照和采用相关的设计标准,同时随着钢结构设计技术的日趋成熟,设计师也要紧跟时代步伐,坚持与时俱进。只有这样,才能设计出结构合理,经济环保的钢结构厂房,满足经济建设发展的要求。

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