工业厂房设计任务书

【专家解说】：钢结构厂房设计任务书 1.钢结构的特点 钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成。钢结构的主要特点是： （1）材料的强度高，塑性和韧性好。 钢材和其他建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高的多。因此特别使用跨度大或荷载很大的构件和结构。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。 （2）材质均匀，和力学计算的假定比较符合。 钢材内部组织比较接近于均质和各项同性体，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。 （3）钢结构制造简便，施工周期短。 钢结构所用的材料单纯，而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作。因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼接，可以采用安设简便的普通螺栓和高强螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短施工周期。 （4）钢结构的质量轻。 钢结构的密度比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大的多。 （5）钢材耐腐蚀性差。 钢材耐腐蚀性能比较差，必须对结构注意防护。这使维护费用比钢筋混凝土结构高。不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题并不严重。 （6）钢材耐热但不耐火。 钢材长期经受100℃辐射热时，强度没有多大变化，具有一定的耐热性能，但温度达150℃以上时，就须用隔热层加以保护。钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施。例如，桎石板，桎石喷涂层或石膏板加以防护。 2.单层钢结构体系的组成 单层厂房钢结构的组成按外形可分为锯齿形和矩形；按跨度可以分为单跨，多跨和高低跨；按维护体系可分为传统形式单层厂房和轻钢形式单层厂房；按有无天窗可分为无天窗单层厂房和有天窗单层厂房；按吊车情况可以分为无吊车和有吊车两类。本设计钢结构体系为有吊车无天窗的传统形式的单层工业厂房。 3.柱网布置 （1）柱网布置要求 单层厂房中横向框架柱和纵向框架柱形成一个柱网。柱网布置主要时根据工艺、结构与经济的要求确定。此外，还要考虑建筑内其他部分与柱网的协调。如基础、地下管道、烟道、地坑等。工艺要求柱的位置与车间内机械、起重、运输设备相协调，符合生产流程，还要考虑生产过程的可能变动。根据本设计生产工艺布置要求，柱距选用12m，综合技术经济效果较好。山墙为非承重墙，抗风柱边缘与横向定位轴线相重合。端部排架柱的中心线自横向定位轴线向内移动500mm。由于柱距较大，纵向框架柱列间设有托架。柱与柱的中间设有小柱。 （2）柱网布置原则 柱网布置的一般原则为：符合生产工艺和使用要求；建筑平面和结构方案经济合理；在厂房结构形式和施工方法上具有先进性和合理性；符合《建筑模数协调标准》的有关规定；适应生产发展和技术革新的要求。厂房跨度在18m以下时，应采用扩大模数30M数列；在18m以上时，应采用60M数列，当跨度在18m以上，工艺布置有明显优越性时，也可采用扩大模数30M数列。但柱距过大，屋盖结构和吊车梁重量增加；反之柱与基础材料增多。对于新型的轻钢厂房，模数的限制可适当放宽，1m,1.5m均可。本设计柱网布置符合布置原则。柱网布置见图一。 4.厂房横向框架 （1）框架的类型 厂房的基本承重结构通常采用框架体系。这种体系能够保证必要的横向刚度，同时其净空又能满足使用上的要求。 横向框架按其静力计算模式来分，主要有横梁与柱铰接两种情况。如按跨度来分，则有单跨、双跨和多跨。 横梁与柱铰接的框架，在传统厂房结构中常见到。由于其横向刚度较差，常不能满足吊车使用上的要求，因此这种结构类型现在很少采用。横梁与柱刚接的框架具有良好的横向刚度，但对于支座不均匀沉降及温度作用比较敏感，需采用防止不均匀沉降的措施。轻钢厂房采用的门式刚架属于横梁与柱刚接，而且由于结构自重与传统厂房相比大为减轻，故沉降问题不甚严重。因而是一种较好的结构形式。 （2）框架横梁的形式及其应用范围 横向框架的横梁有实腹式和桁架式两种。 横向框架的实腹式横梁通常采用由三块钢板焊接而成的工字型截面，两端与柱顶刚接形成门架，其高度约为跨度的1/25～1/45。它的优点是建筑高度小，制造省工，运输方便。实腹式横梁本身高度较小，故在轻钢厂房中运用较多。 横向框架上端为刚接的桁架式横梁，一般采用平行弦梯形和多边形的桁架。如果是铰接的桁架式横梁，则采用三角形桁架。多边形桁架和梯形桁架在重型厂房中应用较广。厂房横向框架柱按其形式可分为等截面柱、均匀变截面柱、台阶式柱和分离式柱。 等截面柱通常做成工字型截面，吊车梁支撑在牛腿上。这种形式适用于吊车起重量小于20kN的车间。 均匀变截面柱为变高度的H型截面，大量用于轻钢结构厂房，经济性好，施工便利。 台阶式柱在传统型厂房中较为常用，由单阶和双阶之分。 分离式柱将吊车支柱和组成横向框架的支柱分离，其间用水平连系板连系起来。因为水平连系板在竖向的刚度与吊车柱抗压刚度相比很小，故认为吊车竖向荷载仅传至吊车支柱而不传给框架支柱。分离式柱一般较台阶式柱费钢材，上部刚度较小，但在吊车起重较大而厂房高度小于18m时，采用分离式柱比较经济；如果厂房有扩建的可能，且扩建时希望不受吊车荷载的牵制，则可采用分离式柱；在吊车荷载大而厂房用压型钢板做屋面板时，分离式柱也可能是较经济的。 在本设计中，厂房为单层单跨工业厂房，采用重级工作制吊车，其框架形式为屋架与柱两端刚接，可看作屋架折合成横梁，简化成刚架形式。柱子采用台阶式柱，上柱是工字型柱，下柱是格构式柱。 5.支撑体系布置 支撑体系是厂房结构的重要组成部分。适当而有效布置支撑体系可将各个平面连成整体，保证厂房结构具有足够的强度、刚度和空间稳定性来可靠的承担所有的作用荷载，保证结构的正常使用。 单层厂房支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑。当采用平面屋架作为主要承重构件时，支撑是屋盖结构的重要的组成部分。 屋盖是屋盖的主要结构，平面外的侧向刚度较小，个个屋架之间若仅用檩条或大型屋面板连系，而没有其他必要的支撑，则屋盖结构在空间上是几何可变体系。因此，需要用支撑把屋架合理的连接起来，形成稳定体系，以保证屋盖结构的空间稳定。设置支撑是一般先将屋盖梁端的两榀相邻屋架用支撑连成稳定体系，然后用檩条或大型屋面板以及系杆将其余中间屋架与这两端稳定体系连接起来，形成几何不变的屋盖结构体系。如果沿屋盖结构的长度方向较长时，还应在中间设置1～2道横向支撑。 支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减少弦杆在平面外的计算长度，增强受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦杆保持足够的侧向刚度，减少其在某些动力荷载作用下产生的屋架平面外的受迫振动。 屋盖支撑还将作用于山墙的风荷载、悬挂吊车水平荷载及地震作用传递给房屋的下部支撑机构。 另外，在安装钢屋架时，首先吊装由横向支撑的两榀屋架，将支撑和檩条与之连系形成稳定体系，然后再吊装其他屋架与之连接。 屋盖支撑根据布置的位置可分为五种：上弦横向水平支撑、上弦纵向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。 柱间支撑分为两部分：在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑。 当采用压型钢板等在厂房纵向有一定变形能力的维护材料时，一般上下层支撑同时布置在厂房两端当采用传统的刚度较大的维护材料为墙和屋面时，下层支撑应布置在温度区段的中部，使厂房结构在温度变化时能较自由的从支撑架向两端伸缩，从而减小纵向构件及支撑架中的纵向应力。上层支撑应布置在温度区段两端及有下层支撑的开间中。为了传递从屋架下弦横向支撑传来的纵向风载，在温度区段的两端设置上层支撑是必要的。 在本设计中，结合生产工艺及其有重级吊车时，应在厂房单元中部设置上下柱间支撑，并应在厂房单元两端增设上柱支撑，7度时结构单元长度大于120m，8、9度时结构单元长度大于90m，宜在单元中部1/3区段内设两道上下柱间支撑，本厂房长度为108m，故在温度区段内设置一道柱间支撑。