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大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)要點(diǎn)論文
在學(xué)習(xí)和工作中，大家都不可避免地要接觸到論文吧，論文是學(xué)術(shù)界進(jìn)行成果交流的工具。相信很多朋友都對(duì)寫論文感到非�？鄲腊�，以下是小編為大家收集的大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)要點(diǎn)論文，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。
摘要：
隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，廠房工程建造技術(shù)也不斷提高，很多企業(yè)在建造廠房時(shí)使用大跨度門式剛架，因?yàn)檫@一施工結(jié)構(gòu)的造價(jià)成本較低，并且具有一定的美觀性，同時(shí)安裝技術(shù)非常簡(jiǎn)便，因此得到很多施工企業(yè)的高度重視，甚至在許多的高層建筑、倉(cāng)庫(kù)、展覽廳當(dāng)中也十分常見(jiàn)。基于此，論文主要對(duì)大跨度門式剛架輕鋼廠房的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行探討，從構(gòu)造、應(yīng)用等方面研究其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，針對(duì)一些剛架輕鋼廠房設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題進(jìn)行全面的研究，并提出適當(dāng)?shù)慕ㄗh。
關(guān)鍵詞:
門式剛架;廠房設(shè)計(jì);應(yīng)用;建議;
1、引言
相對(duì)于傳統(tǒng)的廠房建筑，大跨度門式剛架廠房由于工作量較小，能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省很多的成本，并且綜合效益要更高，拆卸也非常方便，適合于各種企業(yè)的施工建設(shè)，工期較短。如果企業(yè)想快速建造廠房，大跨度門式剛架輕鋼廠房是一個(gè)非常好的選擇。近年來(lái)，很多的企業(yè)都開(kāi)始著手于大跨度門式剛架輕鋼廠房的設(shè)計(jì)工作，但在現(xiàn)階段的工程建設(shè)中仍然會(huì)存在一些質(zhì)量問(wèn)題，論文仔細(xì)闡述門式剛架設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)等內(nèi)容，希望能給各行企業(yè)帶來(lái)一點(diǎn)思考與啟發(fā)。
2、大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及適用范圍
近年來(lái)，工業(yè)的生產(chǎn)水平逐年提高，制造加工的條件得到有效的改善，整體工業(yè)化進(jìn)程進(jìn)入新時(shí)代。建筑行業(yè)的技術(shù)含量及運(yùn)用價(jià)值都得到了跨越式的進(jìn)步，大跨度門式剛架輕鋼廠房是彩鋼板制作成型材的結(jié)構(gòu)，由于重量較輕，抗震效果好，符合我國(guó)大力發(fā)展綠色建筑的要求，受到了很多建筑師的青睞，特別是這種建筑結(jié)構(gòu)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，給企業(yè)帶來(lái)更高的安全性能和經(jīng)濟(jì)效益。目前我國(guó)各行各業(yè)都開(kāi)始加大對(duì)大跨度門式剛架輕鋼廠房的應(yīng)用，使用成熟的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)，將信息化、智能化、人性化與其相結(jié)合，致使大跨度門式剛架輕鋼廠房的發(fā)展前景更為明朗。目前適用于大跨度門式剛架輕鋼廠房的規(guī)程為《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，在規(guī)程中詳細(xì)規(guī)定了剛架的跨度不能超過(guò)36m，整體房屋高度在4～9m，房屋整體的剛度結(jié)構(gòu)設(shè)備應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。
3、大跨度門式剛架廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3.1、節(jié)省成本，合理布置結(jié)構(gòu)
在正常情況下，大跨度門式剛架廠房一般會(huì)根據(jù)實(shí)際建筑的使用情況和工藝要求來(lái)確定，通常會(huì)采用9～35m，跨度在20～30m，有著最高的性價(jià)比。剛架的用鋼量一般要根據(jù)其間距的大小而定，但吊車梁用鋼量會(huì)隨剛架間距的增大而增加，對(duì)照以往的施工經(jīng)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)用無(wú)橋式吊車5～8m并與跨度相匹配，大跨度往往采用大柱距，在3～5m最為適合，如果使用10t以上的吊車或較大的懸掛荷載時(shí)柱距在6m左右。
平均的門式剛架高度在4～9m，而且橋式吊車不超過(guò)12m，屋面的坡路在1/8～21/1，屋面排水滿足生產(chǎn)要求，盡量取坡度的最小值，可以有效減少風(fēng)荷載，節(jié)省建筑材料，如果風(fēng)荷載不是很大，房屋高度不高時(shí)可以適當(dāng)?shù)販p少剛架的用鋼量，在剛架中間柱可采用兩端均為鉸接的方式。
如果廠房的建筑設(shè)計(jì)跨度不是很大，可以采用單脊雙坡的形式，在其他條件都滿足的情況下，在房脊兩側(cè)各需一根檁條，多一根房脊就需要多一根檁條，同時(shí)也要增加室內(nèi)排水溝的用料，避免出現(xiàn)刮風(fēng)下雨的情況，導(dǎo)致廠房積水積雪，增加廠房的荷載，如果負(fù)載過(guò)大會(huì)滲漏到廠房當(dāng)中，給企業(yè)造成影響，如果廠房的跨度大，可以通過(guò)位移控制設(shè)計(jì)，采用雙坡增加剛架的用鋼量。因此，從節(jié)省成本、增加經(jīng)濟(jì)效益的角度來(lái)講，可以采用多脊多坡的方式。
3.2、構(gòu)件截面設(shè)計(jì)
要充分發(fā)揮材料的作用，根據(jù)大跨度門式剛架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省用鋼材料，一般會(huì)采用變截面的梁柱，通過(guò)改變截面的高度，必要時(shí)改變腹板厚度的方式。當(dāng)有橋式吊車時(shí)柱采用等截面構(gòu)件，屋面荷載較輕，鋼梁跨度大，工字形截面在受彎構(gòu)件中以受剪為主。門式剛架則考慮，充分利用板件屈曲后的強(qiáng)度，當(dāng)截面不滿足要求時(shí)，需要優(yōu)先加厚翼緣版，可取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。設(shè)計(jì)中也可以簡(jiǎn)化門式剛架的柱腳結(jié)構(gòu)，減輕基礎(chǔ)要求，進(jìn)一步壓縮建筑造價(jià)，如果有橋式吊車，并且側(cè)向剛度有嚴(yán)格要求時(shí)，柱腳則應(yīng)該設(shè)計(jì)為鋼接。
3.3、支撐結(jié)構(gòu)的布置與構(gòu)造
大跨度門式框架的支撐體系，包括剛性系桿、柱間支撐和橫向支撐。整個(gè)知識(shí)體系可以保障剛架的整體穩(wěn)定性，并且可以把縱向水平荷載傳遞到基礎(chǔ)。在設(shè)置柱間支撐時(shí)，可同時(shí)設(shè)置房蓋的橫向支撐，形成幾何不變體系，在剛架轉(zhuǎn)折處設(shè)置剛性系桿。如果廠房的柱較高，而且沒(méi)有吊車可根據(jù)支撐的夾角設(shè)置雙層柱間支撐，保持支撐與水面夾角在30°～60°，以吊車做縱向系桿設(shè)置，上下兩層柱間支撐，不設(shè)置下層支撐，以減少吊車梁的溫度應(yīng)力。一旦上述高度采用十字形柱間支撐的角度少于30°時(shí)，上柱支撐可采用人字形或W形支撐。柱間支撐在無(wú)吊車廠房?jī)?nèi)，可采用張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐，有5t以上吊車時(shí)，柱間支撐應(yīng)采用型鋼支撐，設(shè)置屋蓋縱向支撐提高吊車梁的側(cè)向剛度。
3.4、隅撐的設(shè)置
在建造時(shí)，要考慮到剛架橫梁有可能受壓，必須在受壓兩側(cè)布置軸承作為橫梁的側(cè)向支撐。在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，往往會(huì)以隅撐作為鋼梁平面外的支點(diǎn)來(lái)減小鋼梁的壓力，提高整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，適當(dāng)減少支撐長(zhǎng)度，增加內(nèi)力。在施工中通過(guò)設(shè)置隅撐，確保安裝精密度一般每隔1根檁條設(shè)置1道隅撐，中間的間隔為2～4m，進(jìn)行隅撐設(shè)計(jì)時(shí)也要注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：
第一，如果鋼梁截面較大時(shí)，應(yīng)按固定規(guī)程精確算出隅撐的強(qiáng)度。
第二，與隅撐相接的檁條厚度不易太薄，如果低于2mm將無(wú)法起到對(duì)鋼梁的支撐效果，所以，也需要提前算出檁條局部的承壓能力。
第三，關(guān)于設(shè)置隅撐的鋼柱外計(jì)算長(zhǎng)度是否可以按間距來(lái)測(cè)量，目前尚存在爭(zhēng)議，在沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的情況下，建議取隅撐間距的1.1倍[1]。
3.5、大跨度門式剛架端板連接設(shè)計(jì)
為了提高施工的便利性，所常使用的剛架跨度為15～36m，采用運(yùn)輸加工分段進(jìn)行的方式到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接安裝，在安裝過(guò)程當(dāng)中涉及端板結(jié)構(gòu)連接特點(diǎn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，其中端板連接是整個(gè)節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)中性價(jià)比最高的方式，廣泛應(yīng)用在大跨度輕型門式剛架中，與翼緣拼接和常用的腹板拼接方式相比，端板連接更能夠降低材料的成本，而且能增加整體構(gòu)造的穩(wěn)固性，現(xiàn)場(chǎng)拼接的方式也較為方便。端板拼接有3種形式，分別為豎放、斜放和橫放。端板連接也考驗(yàn)其承受的彎矩和剪力，按最大應(yīng)力設(shè)計(jì)，采用高強(qiáng)度螺栓，端板連接螺栓應(yīng)呈對(duì)稱布置，不宜少于2排。端板的厚度也不能小于1cm，采用全熔透對(duì)接焊縫的技術(shù)，將翼緣與端板之間進(jìn)行焊縫，確保焊接的質(zhì)量。
3.6、屋面活荷載取值
目前，市面上所使用的大跨度門式剛架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，主要是根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)容進(jìn)行制作，經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范當(dāng)中對(duì)活荷載的規(guī)定為0.5kN/m2，但是如果構(gòu)件的荷載面積更大，可乘折減系數(shù)0.6。大跨度門式剛架符合這種條件，取活荷載數(shù)為0.3kN/m2。
國(guó)內(nèi)外對(duì)此數(shù)據(jù)有了較大的差異，國(guó)外的該房屋設(shè)計(jì)中需要考慮到0.15～0.5kN/m2的附加荷載，但在我國(guó)的設(shè)計(jì)內(nèi)容當(dāng)中并沒(méi)有此類的描述。所以有些廠房框架的柱梁太細(xì)，克扣負(fù)載，如果遇到大風(fēng)等惡劣天氣有可能會(huì)超出負(fù)載額度，很容易使廠房出現(xiàn)安全問(wèn)題，因此，在建造大跨度門式剛架時(shí)一定要注重房屋的活荷載取值，不能一味地克扣荷載，保障廠房的穩(wěn)定性。
3.7、需計(jì)算好合理的跨度
跨度問(wèn)題在很大程度上影響著廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，由于不同生產(chǎn)流程的工藝在使用的時(shí)候可能有很大的差距，因此有些企業(yè)甚至希望能夠根據(jù)自己的使用要求來(lái)合理配置廠房形式與大小。這種情況下需要提前計(jì)算哪一種跨度能夠幫助企業(yè)節(jié)省成本，盡可能地滿足生產(chǎn)工藝要求，根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度，首先需要計(jì)算梁高和荷載。確定2項(xiàng)數(shù)值后，適當(dāng)加大跨度剛架的用鋼量，但整體的造價(jià)會(huì)較低，能進(jìn)一步節(jié)省空間，所以帶來(lái)的綜合效果非常好，通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)如果房檐過(guò)高跨度過(guò)大，采用中間設(shè)置搖擺柱的方式，鋼量較單跨剛架能節(jié)省20%左右，因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該選用較為經(jīng)濟(jì)的跨度[2]。
3.8、剛架間距的確定
房?jī)r(jià)的間距與房屋荷載跨度等因素相關(guān)，選用較大的間距會(huì)發(fā)現(xiàn)檁條的用鋼量不經(jīng)濟(jì)。為符合規(guī)范要求，剛架柱的間距在6～9m最為適合。
3.9、柱腳的抗風(fēng)措施
在實(shí)際的工程當(dāng)中，偶爾會(huì)聽(tīng)說(shuō)在大風(fēng)時(shí)會(huì)把剛架柱子連根拔起，其實(shí)最主要的原因并不是由于荷載計(jì)算錯(cuò)誤，而是在支撐柱間時(shí)忘記考慮支撐傳給柱腳的力。尤其是房屋的縱向尺度較小，只涉及少量的柱間來(lái)抵抗風(fēng)荷載，支撐會(huì)給柱腳帶來(lái)很大的拉力，如果柱腳沒(méi)有可靠的固定措施，很有可能會(huì)連根拔起，因此在容易刮大風(fēng)的地區(qū)，要額外注意柱腳的抗風(fēng)措施，如在柱腳設(shè)置描栓端部設(shè)描版等[3]。
3.10、防火設(shè)計(jì)方面
眾所周知，大跨度門式剛架雖然有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)火災(zāi)的防護(hù)性能較差，尤其是廠房的溫度變化較大時(shí)，內(nèi)部的屈曲強(qiáng)度和彈性模量都會(huì)隨著溫度的升高而降低。如突發(fā)火災(zāi)，溫度的急速上升會(huì)使廠房的鋼結(jié)構(gòu)失去自身的承受能力，從而導(dǎo)致廠房的坍塌，為了能夠提高鋼結(jié)構(gòu)在高溫下的穩(wěn)定性，有必要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)采取保護(hù)措施。需要對(duì)火災(zāi)的危險(xiǎn)類別進(jìn)行劃分，全體的設(shè)計(jì)人員確定門式剛架，輕鋼廠房的防火等級(jí)，同時(shí)根據(jù)我國(guó)的規(guī)范和防護(hù)要求，確保鋼構(gòu)件的質(zhì)量，在最大限度上避免高溫給鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)的負(fù)面影響。同時(shí)也可以采用在鋼結(jié)構(gòu)表面涂防火材料的措施，提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火性能。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更要從大局出發(fā)，多角度地考慮好設(shè)計(jì)工作，如按國(guó)家規(guī)范要求，設(shè)置疏散電梯安全出口，以便突遇火災(zāi)時(shí)，廠房?jī)?nèi)的工作人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)緊急撤離，避免企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，保證工作人員的人身安全。
3.11、防水設(shè)計(jì)方面
大跨度門式剛架廠房所需要的材料是金屬彩鋼板，雖然很美觀但是防水問(wèn)題也一直存在，做好防水設(shè)計(jì)是建筑大跨度門式剛架廠房的必要工作。由于金屬彩鋼板自身的熱系數(shù)較大，當(dāng)接觸到的外界環(huán)境發(fā)生較大的溫度變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的溫差變化，溫度變化會(huì)收縮彩鋼板，從而使接口處產(chǎn)生位移誤差，因此極容易出現(xiàn)漏水問(wèn)題，在彩鋼板的接口處是漏水問(wèn)題的高發(fā)區(qū)域。鋼結(jié)構(gòu)體系中，鋼結(jié)構(gòu)本身容易受到溫度變化，風(fēng)荷載等外力的作用容易產(chǎn)生形變，支點(diǎn)連接處也容易產(chǎn)生漏水隱患。特殊部位由于材料的銜接不同，受到溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力不同步，需要及時(shí)修補(bǔ)漏水隱患。對(duì)于金屬彩鋼板的防水設(shè)計(jì)，要采用以導(dǎo)為主、以堵為輔的方式，重視整個(gè)設(shè)計(jì)的施工過(guò)程，將防水工程作為一個(gè)系統(tǒng)工程來(lái)做。在設(shè)計(jì)階段要考慮到大跨度門式剛架廠房的坡度、坡長(zhǎng)、構(gòu)件等諸多因素，科學(xué)地采用彩鋼板的規(guī)格。設(shè)計(jì)合理的截面和充足的落水點(diǎn)，出具詳細(xì)的防水構(gòu)造措施，從理論上減少漏水的可能性。施工過(guò)程當(dāng)中，施工人員也應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改良，并且在施工中監(jiān)督施工環(huán)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)地整改，做好驗(yàn)收工作，記錄房屋淋水試驗(yàn)，嚴(yán)格把控施工質(zhì)量。即使在驗(yàn)收之后也應(yīng)該定期進(jìn)行檢修，確定沒(méi)有任何的漏水隱患后才可投入使用[4]。
3.12、計(jì)算剛架的側(cè)移內(nèi)力
現(xiàn)階段，計(jì)算內(nèi)力的過(guò)程中可用的方法是有很多的，在門式變截面剛架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算過(guò)程中通常運(yùn)用彈性分析法，雖然通過(guò)其他的計(jì)算方法也可以得到所需的參數(shù)，但是計(jì)算的基礎(chǔ)精準(zhǔn)度沒(méi)有彈性分析法的精準(zhǔn)度要高。另外，塑性分析法也是一種常用的方法，但是這種方法僅僅用在剛架擁有全部等截面的鋼柱內(nèi)力計(jì)算過(guò)程中。在具體的計(jì)算過(guò)程中，通常是運(yùn)用單元桿系有限元的方式，計(jì)算所需要的參數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較復(fù)雜的，在地震過(guò)程中所產(chǎn)生的效應(yīng)作用可以利用該方法進(jìn)行確定。同時(shí)，根據(jù)不同的荷載情況確定內(nèi)力結(jié)果。在具體分析過(guò)程中，要確定不同荷載的具體組合情況，組合不同所造成的內(nèi)力結(jié)果也是有很大差距的。在計(jì)算過(guò)程中，盡量找出截面受控的內(nèi)力組合，將截面的位置控制在筑底連接柱頂以及跨梁的截面上。最后，側(cè)移內(nèi)力的影響因素相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較多的，因此，在計(jì)算過(guò)程中必須要確定哪些因素是主要的影響因素，哪些是次要的影響因素，由于在計(jì)算的過(guò)程中通常是運(yùn)用彈性分析法來(lái)確定，所以在具體的計(jì)算過(guò)程中僅需要獲取標(biāo)準(zhǔn)荷載的數(shù)值，雖然其他的一些數(shù)據(jù)也會(huì)對(duì)最終的結(jié)果造成一定的影響，如分項(xiàng)荷載的系數(shù)，但是由于該系數(shù)的復(fù)雜程度比較高，所以在計(jì)算過(guò)程中，一般不考慮它的影響。剛架側(cè)移內(nèi)力的計(jì)算分析結(jié)果對(duì)于剛架結(jié)構(gòu)的建設(shè)是非常重要的，在后期的搭建過(guò)程中，還需要根據(jù)測(cè)移的具體數(shù)值來(lái)選擇相應(yīng)的建設(shè)位置，因此，必須要重視該過(guò)程。
4、結(jié)語(yǔ)
總而言之，由于我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)發(fā)展較晚，在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中對(duì)很多的施工細(xì)節(jié)可能要經(jīng)過(guò)多次的運(yùn)算才能確定，再加上很多的工作人員施工經(jīng)驗(yàn)不豐富，導(dǎo)致施工效果不理想，整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不高，所以需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)的知識(shí)，改變?cè)O(shè)計(jì)觀念，對(duì)現(xiàn)在所存在的問(wèn)題進(jìn)行完善，確保提高工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)門式剛架新型鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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[4]潘哲霖大跨度輕鋼廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].浙江建筑,2011,28(03):19-21.
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