鋼結(jié)構(gòu)廠房設計需要注意有哪些事項？

  現(xiàn)在，大多數(shù)的工業(yè)廠房都是排架結(jié)構(gòu)，以鋼結(jié)構(gòu)為主。排架結(jié)構(gòu)：主要用于單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，由屋架、柱子和基礎構(gòu)成橫向平面排架，是鋼結(jié)構(gòu)廠房的主要承重體系，再通過屋面板、吊車梁、支撐等縱向構(gòu)件將平面排架聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成整體的空間結(jié)構(gòu)。

  鋼結(jié)構(gòu)廠房設計需注意的事項

  每種結(jié)構(gòu)都有其特別之處，各種功能的建筑有其自身的需求。鋼結(jié)構(gòu)廠房就是一種特定功能建筑，它需要大空間大跨度，同時配置各種相應的設備，一般其上部采用鋼結(jié)構(gòu)等。現(xiàn)在選取幾項鋼結(jié)構(gòu)設計的注意事項，談談我的看法。

  1）單件屋面板長度不宜過長。屋面漏水大致有兩種：①采用屋面釘板時，釘孔孔位可能出現(xiàn)滲水②屋面板橫向搭接處滲水，主要原因是面板過長，雨水漫過波峰，導致搭接處大面積滲水。因此要根據(jù)面板材料特性，及當?shù)亟涤炅縼砗侠磉x取單坡長度。

  鋼結(jié)構(gòu)廠房設計

  2）鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗算時，如何合理選取對應的截面（凈截面、有效凈截面、有效截面、毛截面）。①毛截面：不扣除孔洞的截面面積，不考慮孔洞對截面的削弱。驗算構(gòu)件整體穩(wěn)定性時，可采用毛截面面積進行計算；②凈截面：扣除孔洞的截面面積，考慮孔洞對截面的削弱，主要用于強度驗算。比如受拉構(gòu)件的強度驗算應采用凈截面面積進行計算；③有效截面：考慮屈曲后強度但并不扣除孔洞的截面有效面積。一般對于寬厚比較大的冷成型鋼，采用有效面積來考慮局部的屈曲后強度問題；考慮到板太薄，受壓時會發(fā)生局部屈曲，從而不能全截面都用來承載。故對這種薄壁構(gòu)件認為其中的一部分截面（有效截面）正常受力，而其他部分不考慮它的作用。④有效凈截面：考慮屈曲后強度并且扣除孔洞的截面有效面積。構(gòu)件受壓強度既要考慮孔洞對截面強度的削弱，也要考慮局部的屈曲后強度，一般采用有效凈截面計算。構(gòu)件受拉時不用考慮局部屈曲，所以仍采用凈截面。

  綜上所述：對于普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，驗算強度時采用凈截面，驗算穩(wěn)定性時采用毛截面；對于薄壁鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，驗算受拉強度時采用凈截面，驗算受壓強度時采用有效凈截面，驗算穩(wěn)定性時采用有效截面。

  3）受彎工字梁失穩(wěn)及解決方法：施加荷載不大時，梁基本上在其最大剛度平面內(nèi)彎曲；當施加荷載達到一定數(shù)值后，梁將同時產(chǎn)生較大的側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，最后很快的喪失繼續(xù)承載的能力。此時梁的整體失穩(wěn)必然是側(cè)向彎扭彎曲。解決方法有三種：①增加梁的側(cè)向支撐點（如屋面梁設置隅撐作為側(cè)向支撐點）。②調(diào)整梁的截面，增加梁側(cè)向慣性矩或增加受壓翼緣寬度（如吊車梁上翼緣）。③調(diào)整梁端支座對截面的約束，支座如能提供轉(zhuǎn)動約束，梁的整體穩(wěn)定性將有較大的提高。

  4）次梁與主梁連接一般設計為鉸接：如果次梁與主梁剛接，在主梁同一截面處兩側(cè)都有相同荷載時，對主梁影響不大。如果只是單邊有剛接的次梁，對于主梁來說平面外受扭，需要計算抗扭。梁的整體失穩(wěn)主要表現(xiàn)為側(cè)向彎扭彎曲，因此應盡量避免梁平面外受扭。另外，若次梁與主梁采用剛接節(jié)點，現(xiàn)場焊接工作量將大大增加。

  5）當梁的撓度過大時，可以通過起拱加于控制，起拱的大小一般為恒載標準值加1/2活荷載標準值所產(chǎn)生的撓度值。對于鋼結(jié)構(gòu)來說，撓度過大會影響屋面排水，同時使人感覺不安全；對于混凝土結(jié)構(gòu)來說，撓度過大會造成耐久性的局部破壞（包括混凝土裂縫）。以撓度為主要控制因素的鋼梁，采用起拱辦法能減低結(jié)構(gòu)的用鋼量。

  6）對于鋼結(jié)構(gòu)廠房門式鋼架風荷載取值，《全國民用建筑工程設計技術(shù)措施》有相關的規(guī)定：跨高比l／h小于等于4的門式剛架應按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009--2001計算風荷載標準值Wk及風荷載體形系數(shù)μs，不考慮風振系數(shù)βj，但當跨高比1／h大于4的門式剛架及房屋所有圍護結(jié)構(gòu)的風荷載標準值Wk宜按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECSl02：2002取用。

  另外，還有3個事項與風荷載有關，鋼結(jié)構(gòu)廠房設計時需要注意的：

  ①敞開式廠房：指外墻面至少有80％敞開的建筑。部分封閉式建筑：受外部正風力的墻面上孔口總面積超過該建筑物其余外包面（墻面和屋面）上孔口面積的總和，并超過該墻面毛面積的5%，且建筑物其余外包面的開孔率不超過20%的建筑。他們對應著不同的體形系數(shù)。

  ②邊緣帶：確定圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件和面板上風荷載體形系數(shù)時，在外墻和屋面上劃分的位于建筑物端部和邊緣的區(qū)域。凡不屬邊緣帶的均為中間區(qū)。端區(qū)：確定主剛架上風荷載體型系數(shù)時，在外墻和屋面上劃分的位于建筑物端部和邊緣的區(qū)域。凡不屬端區(qū)的均為中間區(qū)。在《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》附錄A中有詳細的說明。

  ③各個構(gòu)件根據(jù)其特點，選取不用的體型系數(shù)。面板、墻面檁條、屋面檁條、剛架等，他們有各自的體型系數(shù)選取標準，不能混為一談，見《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》附錄A。

  鋼結(jié)構(gòu)廠房工程加工

  7）鋼結(jié)構(gòu)廠房門架的抗震設計原則：①采用底部剪力法。門架以剪切變形為主，質(zhì)量剛度分布均勻，兩個振型周期相差太大，以第一振型為主，所以采用底部剪力法計算。②7度及其以下不需要地震計算，但仍需要采取抗震措施。③門架抗震措施主要是加強節(jié)點：①構(gòu)件之間盡量采用螺栓連接；②梁柱節(jié)點，在梁下翼加掖板；③梁柱連接點處寬厚比適當減??；④柱間支撐與構(gòu)件連接處節(jié)點按1.2倍桿件承載力設計；⑤柱間支撐和柱連接處的柱腳錨栓要做抗拔驗算，并防止錨栓抗剪，設置抗剪鍵。附帶引出，一般柱腳都應該設置抗剪鍵。在《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中，柱腳的水平剪力可以由柱底板與混凝土的摩擦力或設置抗剪鍵承受。如果由柱底板與混凝土的摩擦力來承受，二次澆筑施工質(zhì)量需要得到保證，澆筑要密實，并采用膨脹劑混凝土或無收縮混凝土。

  8）混凝土柱加變截面鋼梁的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房可以按排架結(jié)構(gòu)設計。此時輕鋼屋面梁可以按門式剛架規(guī)范進行設計；對于混凝土柱按混凝土規(guī)范進行設計。對于這種結(jié)構(gòu)形式，關鍵是混凝土柱和鋼梁的節(jié)點設計，連接方式一般應該采用鉸接（混凝土是一種脆性材料，雖然可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很差，在外力作用下很容易松動和破壞。）。在鋼梁下部設置一根拉桿，能減少鋼梁對柱頂產(chǎn)生的較大水平力，從而大大降低混凝土柱腳的彎矩。

  9）鋼結(jié)構(gòu)廠房吊車梁的設計：吊車在吊車梁上運動產(chǎn)生三個方向的動力荷載：豎向荷載、橫向水平荷載和沿吊車梁縱向的水平荷載。縱向水平荷載是指吊車剎車力，其沿軌道方向由吊車梁傳給柱間支撐，計算吊車梁截面時不予考慮。橫向水平荷載應等分于橋架的兩端，分別由軌道上的車輪平均傳至軌道，其方向與軌道垂直，并考慮正反兩個方向的剎車情況。計算重級工作制吊車梁及其制動結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定性以及連接（吊車梁、制動結(jié)構(gòu)、柱相互間的連接）的強度時，應考慮吊車擺動引起的橫向水平力。豎向荷載在吊車梁垂直方向產(chǎn)生彎矩和剪力，水平荷載在吊車梁上翼緣平面產(chǎn)生水平方向的彎矩和剪力。吊車梁一般設計成簡支梁。若按連續(xù)梁設計固然可節(jié)省材料，但連續(xù)梁對支座沉降比較敏感，因此對基礎要求較高。需要注意：中間橫向加勁肋的下端宜在距受拉翼緣50~100mm處斷開，與其腹板的連接焊縫不宜在肋下端起落弧。主要也是考慮吊車梁的疲勞破壞避免過多的焊縫相交產(chǎn)生應力集中，同時吊車梁的疲勞破壞一般是從受拉區(qū)開裂開始。同上，當?shù)踯嚵菏芾砭壟c支撐相連時，不宜采用焊接。

  鋼結(jié)構(gòu)廠房采用的排架結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)形式來看，固然比較簡單，結(jié)構(gòu)間傳力明確。盡管這樣，需要注意的問題還是有很多的，以上僅僅列舉了幾點作為闡述。讓我們在工程實踐中繼續(xù)探索，積累更多的工程設計經(jīng)驗。