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重型厂房结构设计
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、有许多重型厂房,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400亦的转炉时,共跨度可达30m,多层部分的高度可达8(hn,整个厂房占地面积达30000〃匚吊车的起重量可达450“在机械制造行业,有高度60m,吊车起重量高达12()()t的重型厂房。
综合分析可靠性,耐久性和经济性表明,这种重型工业厂房最适宜采用全钢结构建造。
随着我国钢产量的增加,一些中型厂房也会采用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知识。
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2-1是典型单层单跨厂房构造简图,其屋顶既可采用钢屋架一大型屋面板结构体系,亦可采用钢屋架一檳条一轻型屋面板结构体系,或横梁一擦条一轻型屋面板结构体系。
图2-1单层厂房构造简图
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,按照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Al—A8o
吊车的工作制等级与工作级另啲对应关系表2—1
工作制等级
轻级
中级
重级
特重级
工作级别
Al—A3
A4R5
A6R7
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,同时还应注意符合标准化模数的要求。
一般地,在跨度不小于3(加、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于5()t时,柱距取12m较为经济;参数较小的厂房取6m柱距较为合适。
如果采用轻型围护结构,
则取大柱距15m,18m及24m较适宜。
位于软弱地基上的重型厂房,应采用较大柱距。
在一些工业部门.为了满足工艺要求,厂房亦可呈多跨形式(如图2—2所示)。
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2—2在平面布置中设置温度收缩缝,以避免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用,不过在地震城区宜布置双柱收缩缝。
温度区段长度表(m)表2-2
纵向温度区段(垂
横向温度区段
结构悄况
直屋架或构架跨度
(屋架或构架跨度方向)
方向)
柱顶为刚接
柱顶为較接
采暖房屋和非采
120
150
暖地区的房屋
220
热车间和采暖地
180
100
125
区的非采暖房屋
露天结构
120
由于工艺要求或其他原因,有时需要将柱距局部加大。
如图2—2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。
通常在拔柱处设置一构件,如图2-2中的构建T1,上承屋架(或其他屋面结构),下传柱于,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。
托粱可采用焊接工字型截面,其截面髙度可取其跨度的1/10—1/8,翼缘宽度取截面髙度的1/5—1/2.5,箱形托梁双腹板之间的距离可取其截面髙度的1/4—1/2,且不宜小于400mo托架髙度可取其跨度的1/10—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,前者构造简单,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,必须明确横向框架所承担的荷载,通常以计算单元表示。
图2-2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,显然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&、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2—3取值,
O
图2-3吊车外轮廓线与临近构件的净距要求
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2—4)。
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绝对值(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較接(如图2—4c),亦可以是刚接(如图2—也,b),相应地,称横向框架为餃接框架或刚接框架。
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,宜采用刚接框架。
在多跨时,特别在吊车起重量不很大和采用轻型围护结构时,适宜采用較接框架(如图2—4c)。
Q
(|)
从耗钢量考虑,重型厂房中的承重柱很少采用等截面实腹式柱,一般采用阶梯形柱。
其下段通常取缀条格构式,而上段既可采用实腹式(见图2—5町,亦可采用格构式。
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单,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2()t时采用。
厂房髙度不大,但吊车额定起重量超过l()()t,,或吊车吨位不大而厂房髙度较大(有刚度要求)时,宜采用分离式承重柱。
分离式柱的吊车肢和屋
盖肢通常用水平板做成柔性连接(见图2—5b)。
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承担吊车荷载和屋盖(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,分离式柱更显其优点。
图2—5格构式柱与分离式柱
(a)具有分离式柱脚的格构式;
(b)分离式柱
双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常见形式.图2-6是其截面的常见类型。
U)
k)
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A6-A8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A6—A8级吊车的单跨厂房,宜将屋架和柱于的连接以及柱于和
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,亦应采用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2—3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,耳指上阶柱长度。
柱各段截面的高度和宽度表2—3
类别柱高H(m)无吊车(2<30/50/<2<100/125Z<<2<250ZQ>300f
等截面柱
z(\
z(\
◎
z(\-
\)/z(\
20
>
1z(\
上阶形
阶
5V-a
z/\
O<-tl
<
5
on>
z(\
z(\
下阶形形柱
z(\
z(\
/8)
z(\
12)
/(X
/(X
\—/
/(\
30
>
\17
znx
⑵
/(\
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2—7所示
I淮内谿
3--3
图2—7肩梁构造及计算简图
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