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1、单层工业厂房带吊车门式刚架的结构设计本文档下载自文档下载网，内容可能不完整，您可以复制以下网址继续阅读或下载：单层工业厂房带吊车门式刚架的结构设计 田洪斌，杨智勇 ( 昆明有色冶金设计研究院股份公司建筑设计院，云南 昆明 ) 摘要: 门式刚架具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点，就有吊车作用的钢结构工业 厂房结构设计为依据，对带吊车门式钢架结构设计进行了有益的探讨。 关键词: 门式刚架; 结构设计; 工业厂房 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: ( ) ， ( ， ，) : ， ， : ; ; 根据国内工程实例统计，单层门式刚架房屋承重结 构的用钢量一般为 ，在相同跨度和荷 载情
2、况下 自 重 仅约为钢筋混凝土结构的 。由于结 构 质 量 轻，相应地基础可以做得较 小，地基处理费用也较低。同时在相同地震烈度下 结构的地震反应相对较小。但当风荷载较大或房 屋较高时，风 荷 载可能成为门式刚架结构的控制 荷载。 ( ) 工业化程度高，施工周期短。门式刚架结 构的主要构 件 和配件多为工厂制作，质 量 易 于 保 证，工 地 安 装 方 便; 除 基 础 施 工 外，基 本 没 有 湿 作 业; 构件之间的连接多采用高强度螺栓，安装迅速。 ( ) 综合经 济 效 益 高。门式刚架结构通常采 用计算机辅助设计，设计周期短、原材料种类单一、 构件采用先进自动化设备制造、运输方便。
3、所以门 式刚架结构的工程周期短、资金回报快、投资效益 相对较高。 引 言 门式刚架房屋结构在我国的应用大约始于 世纪 年代初期。近 年来得到迅速的发展，主 要用于厂房、仓库、体育馆、展览厅与活动房屋、加 层建筑等。 门式刚架结构是指以焊接 形钢 ( 等截面或 变截面) 、热轧 形钢( 等截面) 或冷弯薄壁型钢等 构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主 要承重骨架，用冷 弯 薄 壁 型 钢 ( 、 形 钢 等) 做 檩 条、墙梁; 以压型金属 板 ( 压 型 钢 板、压 型 铝 板) 做 屋面、墙面; 按规范要求在适当位置设置支撑的一 种房屋结构体系。 门式刚架结构的特点 ( ) 质量轻。围
4、护结构采用压型金属板与冷 弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻。 收稿日期: 作者简介: 田洪斌( ) ，男，天津人，工程师 主要研究方向: 建筑结构设计 有色金属设计 第 卷 ( ) 柱网布 置 比 较 灵 活。传统钢筋混凝土结 构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为 ，当采用 柱距时，需设置托架与墙架柱。 而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，柱网 布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和 用钢量最省的原则来确定。 门式刚架由于具有施工速度 快、建 筑 造 型 美 观、钢材用量少、造价低廉等优势，已广泛应用于工 业 与 民 用 建 筑。 设 计 主 要 使 用 系 列
5、中 的 钢结构软件计算。从工程实例出发，就吊车作 用门式刚架厂房的结构设计进行阐述。 工程概况 该工程主体结构为单层工业厂房，见图 。长 度 ，跨度( ) ，屋 面 坡 度 ; 结 构 体 系采用横向为刚架，纵向为排架，柱间设柱间支撑; 基础类型为钢筋混凝土人工挖孔灌注桩基础; 中级 ( ) 工作制吊车共 台: 图 结构平面布置图 金属板与檩条自重) ，活荷载取 . 。虽然 . 设计依据 该工程设计使用年限 年; 抗震设防烈度为 度，设计基本地震加速 度 为 . ，设 计 地 震 分 组为第一组，场地类别为类; 工程地质勘察报告 由甲方提供岩土工程详细勘察报告。 . 门式刚架设计遵循的主要规范
6、、规程与规定 建筑结构荷载规 范; 建筑抗震设计规 范; 钢结构设计规范; 钢结构 工程施工与验 收 规 范; 钢 结 构 高 强 度螺栓连接的设计施工与验收规范; 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 ; 冷弯薄壁型钢构件技术规程; 建筑钢结构焊接技术规程。 钢结构设计规范规定构件的荷 载面积 的可乘折减系数 . ，即活载可取 ，但遇到大风或其它原因造 成 超 载 情 况，就可能出现安全问题，故活荷载取 . 较为稳妥。 ( ) 墙面恒荷载取 . ( 包括屋面压型 金属板与檩条自重) 。 ( ) 风荷载: 基本风压值 . ; 地面粗 糙度 类。 ( ) 雪荷载: 不考虑。 基础设计 根据勘察报告书与
7、上部结构情况，采用人工挖 孔灌注桩，桩长. ，基础嵌入第 层中风化花 岗岩内( ) 。使用 中门式刚架二 维计算完成，计算时注意柱脚刚接。 荷载取值 ( ) 屋面恒荷载取 . ( 包括屋面压型 田洪斌，杨智勇: 单层工业厂房带吊车门式刚架的结构设计 第 期 截面的内力组合主要有: 最大轴压力 和同时 出现的 与 的较大值。最大弯矩 和同时 出现的 与 的较大值。最小轴压力 和相 应的 与 ，出现在永久荷载和风荷载共同 作 用 下，当柱脚铰接时 。 ( ) 侧移计 算。等截面门式刚架的柱顶侧移 应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值， 不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧 移刚度不满足
8、要求，需放大柱或 ( 和) 梁 的 截 面 尺 寸，柱脚改为刚接柱脚进行调整。 该工程 厂 房 采 用 门 式 刚 架 结 构，柱 脚 刚 接， 结构主 材 采 用 焊 接 型 钢，钢 板 与 型 钢 为 钢，焊条为 系 列 焊 条。 为使吊车安全运 行并且保证结构的 整 体 稳 定 性，沿建筑物长度方 向设 道柱间支撑和屋面横向水平支撑。厂房采 用夹芯压型钢板做外维护，设 计 计 算 结 果 ( 包 括 杆件断面图、应 力 图、位 移 图 与 内 力 图 ) 见 图 图 。 . 上部结构设计 结构形式和结构布置 ( ) 结构形 式。门式刚架的结构形式按跨度 可分为单跨、双跨和多跨，按屋面坡脊
9、数可分为单 脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取 。单脊双坡多跨刚架用于无桥式吊车 的 房 屋，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时， 依据材料集中使用的原则，中柱宜采用两端铰接的 摇摆柱方案。门式刚架的柱脚多按铰接设计，当用 于工业厂房 且 有 桥 式 吊 车 时，宜将柱脚设计成刚 接。门式刚架上可设置起重量 的悬挂吊车和 起重量 的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式 吊车。 ( ) 结 构 布 置。门式刚架的跨度宜为 ，当柱宽度不等时，其 外 侧 应 对 齐。高 度 应 根 据 使用要求的室内净高确定。门式刚架的合理间距 应综合考虑 刚 架 跨 度、荷载条件与使用要求等因 素，一般 宜
10、取 、. 、 。纵 向 温 度 区 段 ，横向温度区段 ( 当有计算依据时， 温度区段可适当放大) 。 刚架柱和梁的设计、内力计算与侧移计算 ( ) 刚架柱 和 梁 的 设 计。 梁柱板件的宽厚 比限值和腹板屈曲后的强度利用。( 主 要 包 括 梁 柱板件的宽厚比限值验算、腹板屈曲后强度利用验 算、腹板的有效宽度验算等内容) 。刚架梁柱构 件的强度 验 算。 梁腹板加劲肋的配置 ( 梁 腹 板 应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处和翼缘 转折处设置横向加劲肋) 。 变 截 面 柱 在 刚 架 平 面内的计算长度确定。变截面柱在刚架平面内 的整体稳定计算。变截面柱在刚架平面外的整 体稳定计算。
11、斜梁和隅撑的强度和稳定性计算。 节点设计( 包括斜梁与柱的连接与斜梁拼接、柱 脚设计、牛腿设计、摇摆柱与斜梁的连接构造等内 容) 。 ( ) 内力计算。对于变截面门式刚架，应采用 弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全 部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面 门式刚 架的内力通常 采用杆系单元的有限元法 ( 直接刚度法) 编制程序上机计算。地震作用的效 应可采用底部剪力法分析确定。 根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控 制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、 柱顶、柱牛腿连接处与梁端、梁跨中等截面。控制 图 框架立面图 图 钢结构应力比图 有色金属设计 第 卷 图 吊车水平
12、荷载节点位移图( 标准值) ( ) ( ) ( ) 图 剪力包络图( ) ( ) . . 钢结构的钢材应符合规定 ( ) 钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测 值的比值. 。 ( ) 钢材应有明显的屈服台阶，且 伸 长 率 应 ( ) 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击 韧性。 屋脊垂度要控制 框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为 ，除验算坡面斜梁挠度外，还 要 验 算 跨 中 下 垂 度。通常是将构件分段，用等截面程序计算，每段 都要计算水平和竖向位移，不能大于允许值，相当 于验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度，刚 度太小竖向变形就大。脊点下垂后引起屋面漏水， 是漏水的原因之一。有的工程由于
13、屋面竖向刚度 过小，第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡，使屋 面变形。刚架侧移后，当山尖下垂对坡度影响较大 时( 例如坡度 ) ，应该验算山尖垂度，以便对 屋面刚度进行控制。 . . 檩条设计 檩条是冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的 宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效 宽度，对原有截面要减弱。冷弯薄壁型钢构件技 术规程中的有效宽度理论，软 件 未 考 虑 的，还 要 能判断。设计人员往往忽略强度计算要用净断面， 图 弯矩包络图( ) ( ) 图 轴力包络图( ) ( ) 忽略钉孔减弱。这种减弱，一般达 到 ， 对小截面窄翼缘的梁影响较大。刚架整体分析采 用的是全截面，如果强度计算不用
14、净截面，实际应 力将高于计算值。冷弯薄壁型钢构件技术规程 . . 条规定: “结构构件的受拉强度应 按 净 截 面 田洪斌，杨智勇: 单层工业厂房带吊车门式刚架的结构设计 第 期 计算，受压强度应按有效截面计算，稳定性应按有 效截面计算，变形和各种稳定系数均可按毛截面计 算”。国外檩条普遍采用高强度低合金钢，但我国 低合金钢 的冲压性能不行，只有用 。如 果用 计算时还不考虑有效截面，荷载稍大时 檩条就要垮。 ( ) 用于轻型屋面的檩条，其形式有实腹式和 空腹式 种。檩条一般设计成单跨简支构件，实腹 式檩条也可设计成连续构件。该工程采用冷弯薄 壁 型檩条。 ( ) 檩条应进行内力分析，强 度、
15、稳 定 性 与 刚 度计算。 ( ) 强度计算要用净截面。刚架整体分析采 用的是全截面，如果强度计算不用净截面，实际应 力将高于计算值。 ( ) 檩条设计除计算垂直荷载作用外，应 按 门式刚架轻型房屋钢结构技术 规程规定验算风吸力作用。 ( ) 檩条 的 布 置、连接与构造应满足相关的 规定。 柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况与安装 条件确定，一 般 取 ，有 吊 车 时 不 宜 ; 当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置; 当 房屋宽度 时，内柱列宜适当设置支撑; 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; 在刚架的转折处( 边 柱柱顶、屋脊与多跨刚架的中柱
16、柱顶) 应沿房屋全 长设置刚性 系 杆; 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; 刚性系杆可由 檩条兼做，此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚 度要求，当不满足时可在刚架斜梁间设置钢管、 型钢或其他截面形式的杆件; 当房屋内设有 的吊车时，柱间支撑宜用型 钢; 当房屋中不允许 设置柱间支撑时，应设置纵向刚架。 钢结构连接设计 由于屋面荷载很轻，在设计荷载作用下，斜梁 与柱的连接部位主要承受弯矩作用，剪力很小，高 强螺栓以受拉为主。剪力由连接构件间的摩擦力 传递，故选用摩擦型高强螺栓。 不同强度的钢材焊接时，焊接材料的强度应按 强度较低的钢材选用。手工焊接选定的焊条型号 应与主体
17、金属相匹配。埋弧自动焊或半自动焊的 焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应，焊丝和焊剂 应符 号 国 家 规 范 要 求。 焊接要求按国 标 钢结构工程施工质量验收规范中的 有关规定执行。所有焊缝应做 检查，标准按 现行国家有关规范进行，焊缝内部缺陷检测按钢 结构工程施工质量验收规范进行。 支撑和刚性系杆的布置 ( ) 屋盖支撑。 建筑抗震设 计规范第 . . 规定，屋盖支撑杆件宜用型钢， 目前多数采用 圆 钢，甚 至 在 度震区也有用圆钢 的，必须引起高度重视。由于人们对震害的感受不 深，认为地震发生的概率很小，因此重视不够。该 工程采用交叉角钢作为屋面水平支撑。 ( ) 柱间支撑。与以上的屋盖支
18、撑相同，工程 中采用圆钢的也不少。由于柱间支撑为抗震中的 主要受力构件，它不仅要经抗震计算确定其构件截 面，还必须满足不同烈度的长细比构造要求，比屋 盖支撑有更高的要求。该工程设有吊车，若支撑设 置不当，吊车行走时，就会造成刚架晃动，存在安全 隐患，因此支撑的设置非常关键。为此，在厂房的 头、尾与中间跨设置交叉角钢柱间支撑，在设置柱 间支撑的同一跨并设角钢屋面支撑。为能更好传 递 风 荷 载，在屋面每跨均设一道水平钢管刚性 系杆。 ( ) 支撑布 置 原 则。 在每个温度区段或分 期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定 结构的支撑体系; 在设置柱间支撑的开间，应同 时设置屋盖横向支撑，以
19、构成几何不变体系; 端 部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。 隅撑的设计 刚架斜梁下翼缘可能受压，因此应沿斜梁下翼 缘或紧靠下 翼 缘 的 腹 板 处，设隅撑作为侧向支承 点，隅撑间距不大于相应受压翼缘宽度的 倍，在 柱子内翼缘沿高度方向也应设置隅撑。 钢结构制作运输与安装 ( ) 钢结构的制作与安装应符合 钢结构工程施工质量验收规范。 ( ) 构件在运输过程中应采取防止构件变形 和损伤的措施，安装前应严格检验，如有变形应与 时修补矫正。 ( ) 构件安置时应注意结构的稳定性。 钢结构的防火与涂装 钢结构虽然作为一种高强轻质的结构，但耐火 与抗腐蚀性能比混凝土要差，所以在构件安装前必
20、有色金属设计 第 卷 须进行除锈与涂装。钢结构的防腐关键在于除锈， 只有彻底除锈才能消除隐患。表面处理后到涂底 漆的时间间隔不应超过 ，在此期间其表面应保 持洁净，严禁沾火和油污等。防火涂料的种类和喷 涂遍数、厚度均与钢构件的耐火极限有关，钢构中 的耐火极限可根据门式刚架轻型房屋的使用要求 来确定，防火涂料应符合 钢结构防 火涂料应用技术规范的要求。 作、安装、运输的要求。 ( ) 设计中应充分考虑锈蚀对结构构件截面 削弱的影响。 ( ) 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。 ( ) 设计中对轻型化带来的后果必须注意和 正确处理，比如
21、风力可使轻型屋面的荷载反向等。 参考文献: 中华人民共和国建设部 建筑抗震设 计规范 北京: 中国建筑工业出版社， 中华人民共和国建设部 建筑结构荷 载规范 北京: 中国建筑工业出版社， 中华人民共和国建设部 钢结构设计 规范 北京: 中国计划出版社， 中国工程建设标准化协会 : 门式刚架 轻型房屋钢结构技术规 程 北 京: 中 国 计 划 出 版 社， 中华人民共和国建设部 钢结构高强度螺 栓连接的设计施工与验收规程 北京: 中国建筑工 业出版社， 中华人民共和国建设部 冷弯薄壁型 钢构 件 技 术 规 范 北 京: 中国建筑工业出版 社， 中华人民共和国建设部 钢结构工程 施工 与 验 收
22、 规 范 北 京: 中国建筑工业出版 社， 中华人民共和国建设部 建筑钢结构焊 接技术规程 北京: 中国建筑工业出版社， 结 语 门式刚架结构具有造价低、重量轻、安装方便、 施工周期短等优点，近年来倍受青睐，发展迅速，应 用领域日 益 广 泛。为 了 安 全、经济地设计门式刚 架，确保工程的设计质量，门式刚架结构设计应遵 守以下原则: ( ) 由于门式刚架结构构件的抗弯刚度、抗扭 刚度较小，结构的整体刚度较弱，因此设计时应考 虑运输和安装过程中采取必要的措施，防止构件发 生弯曲和扭转变形。 ( ) 保证结 构 的 整 体 性。支撑体系的设置是 保证整个门式刚架房屋整体刚度和稳定性的主要 措施。支撑杆件与相关节点必须按内力计算结果 进行设计。 ( ) 设计计算必须体现和构造的一致性。 ( ) 要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面 板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结构的 整体工作。 ( ) 组成构件的杆件较薄，设计中应考虑对制 文档下载网是专业的免费文档搜索与下载网站，提供行业资料，考试资料，教学课件，学术论文，技术资料，研究报告，工作范文，资格考试，文档，专业文献，应用文书，行业论文等文档搜索与文档下载，是您文档写作和查找参考资料的必备网站。文档下载 亿万文档资料，等你来免费下载