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1、试述单层门式钢架结构工业厂房结构设计试述单层门式钢架结构工业厂房结构设计 摘要：随着我国经济建设的不断发展，为满足生产的需要，门式钢架结构在单层工业厂房中得以广泛应用。因门式钢架结构具有适用范围广，成本低，质量轻等特点，越来越受到厂房建设者的青睐。 关键词：单层门式钢架结构；工业厂房；结构设计 中图分类号： TU318 文献标识码： A 因门式钢架结构具有适用范围广，成本低，质量轻等特点，在在单层工业厂房中得以广泛应用。要加强对该类结构的研究分析，充分运用到实践中，从而创造更大的经济效益。本文通过对实践研究，对单层门式钢架结构工业厂房结构设计作出了具体的分析。 1 单层轻型门式刚架结构设计 (
2、 1) 一般来说，门式刚架结构构件强度较弱、弯折性较小，整个结构刚性较低，因此要针对其上述特点做好运输和安装过程中的防护措施，以保证构件不受外力影响发生形变。 ( 2) 要做好支撑结构整体布局和规划，做好墙体、屋顶与面板之间的对接处理，提高整体结构的稳定性。 ( 3) 结构组成部件大多为薄壁轻质材料，要针对其物理特性做好安装和运输过程中的防护工作。 ( 4) 由于构件为钢材材质，因此要考虑钢材生锈导致结构构件受力下降的问题。 ( 5) 门式刚架的梁柱多采用变截面杆件，梁柱腹板在设计时考虑利用屈曲后的强度，所以塑性设计不再适用。 ( 6) 设计中要合理处理轻型化可能导致的一些问题，例如大风力可能
3、导致屋面荷载过大的问题等。 2 结构布置 2. 1 刚架的建筑尺寸和布置 门式刚架跨度控制在 10 35 m 内为宜，如果柱宽度不均等，要向外侧对齐。其高度要视室内高度来合理调整，一般不高于 9 m、不低于 4. 5 m。门式刚架之间的距离也要根据钢架跨度、负荷大小来合理确定，通常有三种距离可选择： 即 6 m、7. 5 m、9 m。纵向温度区段小于 300 m，横向温度区段小于 150 m( 如果有其他特殊要求时，可适当调整大小) 。 2. 2 檩条和墙梁的布置 檩条间距大小要综合考虑多种因素，例如天窗大小和个数、屋脊长度、采光度要求、檩条长度和刚度等，没有特殊要求的情况，通常采用等间距布局
4、，在屋脊处两侧均匀布置一道，在天沟处布置一道。侧墙墙梁的设计要根据窗户、门和雨搭的设计要求来综合权衡，确保整体功能达到设计要求。 2. 3 支撑和刚性系杆的布置 ( 1) 在每个温度区段内都要保证其具有独立的空间稳定性结构。 ( 2) 在进行柱间支撑开间设计时，要对屋盖做横向支撑结构设计，以提高整个结构的几何稳定性。 ( 3) 端部支撑一般设置在温度区段端部的第一二个开间位置。柱间支撑之间的距离要根据房屋纵向受力分布情况来确定，通常控制在 30 45 m 范围内，如果配置了吊车，可以最大至 60 m。 ( 4) 如果房屋高度较高时，要采用分层结构的柱间支撑体系； 如果房屋宽度超过 50 m，内
5、部要采用支撑结构。 ( 5) 当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。 ( 6) 在刚架的转折处，要根据房屋的长度来设置刚性系杆，以保证房屋结构稳定性。 ( 7) 由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。 ( 8) 刚性系杆也可以采用檩条材料替代，此时要保证檩条具有良好的受力和刚度性能，如果檩条达不到这方面的性能标准，可以考虑在刚架斜梁间加装 H 型钢或者钢柱来提高其的工作强度。 ( 9) 如果屋内设置了重量超过5 t 的吊车，要采用型钢材料的柱间支撑设计； 如果不能使用柱间支撑，则可考虑用纵向刚架来替代。 3 刚架设计 3. 1 荷载及荷载组合 3
6、. 1. 1 永久荷载 永久荷载是指结构自重和施加在结构上的各种外力之和，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。 3. 1. 2 可变荷载 可变荷载包括屋面活荷载( 在设计屋面板和檩条时，要定期检查其负荷能力变化，其标准值为1 kN) 、屋面结构受力和积尘受力、吊车自重、风力影响等。 3. 1. 3 荷载组合 荷载组合要严格按照建筑结构荷载设计规范GB500092012中有关规定来配置，对门式刚架的设计，则可参考门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS1022002中的有关规定来设计： ( 1) 屋面均匀荷载与雪荷载不能累加计算，而是取其中最大值。 ( 2) 积灰荷载一般低于雪荷载和屋
7、面均布活荷载，因此不需要对其进行额外考虑。 ( 3) 在施工或检修集中荷载时，不将房屋构件自重产生的荷载考虑在内。 ( 4) 多台吊车的组合应符合建筑结构荷载设计规范中的规定。 ( 5) 当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。 3. 2 刚架内力和侧移计算 3. 2. 1 内力计算 变截面门式刚架的内力计算可采用弹性分析方法来实现，塑性分析方法的使用具有严格的限制条件，那就是要求钢架梁柱都为等截面时才可使用。具体计算方法主要采用杆系单元的有限元法或者称直接刚度法，结合计算机软件来实现。针对地震造成的外力负荷大小，可以采用底部剪力法来计算。通过计算出各种负荷组合的内力数据后，再确定截
8、面的内力大小，一般而言，控制截面 的位置大多分布在柱底、柱顶、柱牛腿连接处等处。控制截面的内力组合主要有： ( 1) 最大轴压力 Nmax和同时出现的 M 及 V 的较大值。 ( 2) 最大弯矩 Mmax和同时出现的 N 及 V 的较大值。 ( 3) 最小轴压力 Nmin和相应的 M 及 V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时 M =0。 3. 2. 2 侧移计算 通常采用弹性分析方法来确定变截面门式刚架的柱顶侧移数据，取多次计算平均结果作为标准值。如果最后得到的侧移刚度数据不达标时，可采用以下方法进行适当修正： 例如适当扩大截面面积，采用刚接柱脚替代铰柱脚；把多跨框架中的个别摇摆
9、柱改为上端和梁刚接。 3. 3 刚架结构中的柱和梁设计 ( 1) 梁柱板件的厚宽比例大小和腹板最大弯曲形变利用率。 ( 2) 测算刚架梁柱构件的最大强度极限值。 ( 3) 梁腹板支撑体系的设计。( 梁腹板安装位置要选在两柱之间位置，在翼缘转折处增加横向受力支撑) 。 ( 4) 测算变截面柱在结构内的长度上限值。 ( 5) 测试变截面柱在结构内的物理稳定性。 ( 6) 变截面柱对整个钢架结构的稳定性影响评估。 ( 7) 斜梁和隅撑的受力大小和负荷强度测算。 待添加的隐藏文字内容3( 8) 节点设计。 4 附属结构构件设计 4. 1 压型钢板设计 ( 1) 要结合建筑用途、功能和使用寿命来确定压型
10、钢板材料型号和规格，在工程实践中，多采用 Q235 B 钢。 ( 2) 压型钢板具有多种截面种类选择，根据波高大小将波板分为三类： 低波板、中波板和高波板。波高越高，截面的刚度越大，其负荷能力也就更大。 ( 3) 压型钢板的强度和挠度计算方法是，选取单槽口的有效截面按受弯构件来综合计算。主要计算对象包含以下几方面内容： 压型钢板腹板应力大小、支座处腹板局部突变负荷大小、挠度上下限值测量等。 ( 4) 压型钢板规格和参数指标还要满足其他特殊设计要求。 4. 2 檩条设计 ( 1) 檩条的截面设计有两种选择： 实腹式和格构式。如果檩条跨度小于 8 m，一般采用 实腹式檩条为宜。 ( 2) 檩条采用
11、双向受弯结构设计，对其进行受力分析时，要以两个轴心为中心来开展截面弯矩受力计算。 ( 3) 檩条安装之前要经过刚度检测、稳定性检测和形变大小检测，检测合格后方可安装使用。 ( 4) 檩条还要达到其他使用标准规定。 总结 单层轻型门式刚架由于其工业化程度较高、质量较轻等优势，因此在各领域中广泛应用，在在钢架结构厂房的施工中，需要做好安装前的结构设计工作，在具体设计过程中，应该根据各个项目的具体特点进行建筑结构设计，使设计安全可靠，经济合理且美观大方的同时，保证结构设计的质量达到一个最优值，使厂房的结构设计得到优化。 参考文献 1 李天，张哲，刘朝宏 . 门式刚架轻钢结构平面内整体稳定分析中的几个问题 J. 郑州大学学报 ( 工学版 )，2003，24(1):119-120 2 温林玲 . 单层工业厂房中双跨排架结构设计问题 以百乐水电站厂房上部结构设计为例 J. 企业科技与发展，2009，2(2):139-140 3 张和平，程海琴，罗成年 . 论门式刚架截面优化设计在我国的发展J. 华东交通大学学报，2002，6(2):598-599-最新【精品】范文
