鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)任務(wù)書

1.鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)是用鋼板,、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成,。鋼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：

（1）材料的強(qiáng)度高，塑性和韌性好。

鋼材和其他建筑材料諸如混凝土,、磚石和木材相比,，強(qiáng)度要高的多,。因此特別使用跨度大或荷載很大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu),。塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會(huì)因超載而突然斷裂,；韌性好,，結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力荷載的適應(yīng)性強(qiáng)。

（2）材質(zhì)均勻,，和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合,。

鋼材內(nèi)部組織比較接近于均質(zhì)和各項(xiàng)同性體，而且在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的,。

（3）鋼結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)便,，施工周期短。

鋼結(jié)構(gòu)所用的材料單純,，而且是成材,，加工比較簡(jiǎn)便，并能使用機(jī)械操作,。因此,，大量的鋼結(jié)構(gòu)一般在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)廠做成構(gòu)件，精確度較高。構(gòu)件在工地拼接,，可以采用安設(shè)簡(jiǎn)便的普通螺栓和高強(qiáng)螺栓,，有時(shí)還可以在地面拼裝和焊接成較大的單元再行吊裝，以縮短施工周期,。

（4）鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量輕,。

鋼結(jié)構(gòu)的密度比混凝土等建筑材料大，但鋼結(jié)構(gòu)卻比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)輕,，原因是鋼材的強(qiáng)度與密度之比要比混凝土大的多,。

（5）鋼材耐腐蝕性差。

鋼材耐腐蝕性能比較差,，必須對(duì)結(jié)構(gòu)注意防護(hù),。這使維護(hù)費(fèi)用比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高。不過(guò)在沒(méi)有侵蝕性介質(zhì)的一般廠房中,，構(gòu)件經(jīng)過(guò)徹底除銹并涂上合格的油漆,，銹蝕問(wèn)題并不嚴(yán)重。

（6）鋼材耐熱但不耐火,。

鋼材長(zhǎng)期經(jīng)受100℃輻射熱時(shí)，強(qiáng)度沒(méi)有多大變化,，具有一定的耐熱性能,，但溫度達(dá)150℃以上時(shí)，就須用隔熱層加以保護(hù),。鋼材不耐火,，重要的結(jié)構(gòu)必須注意采取防火措施。例如,，桎石板,，桎石噴涂層或石膏板加以防護(hù)。

2.單層鋼結(jié)構(gòu)體系的組成

單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的組成按外形可分為鋸齒形和矩形,；按跨度可以分為單跨,，多跨和高低跨；按維護(hù)體系可分為傳統(tǒng)形式單層廠房和輕鋼形式單層廠房,；按有無(wú)天窗可分為無(wú)天窗單層廠房和有天窗單層廠房,；按吊車情況可以分為無(wú)吊車和有吊車兩類。本設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)體系為有吊車無(wú)天窗的傳統(tǒng)形式的單層工業(yè)廠房,。

3.柱網(wǎng)布置

（1）柱網(wǎng)布置要求

單層廠房中橫向框架柱和縱向框架柱形成一個(gè)柱網(wǎng),。柱網(wǎng)布置主要時(shí)根據(jù)工藝、結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)的要求確定,。此外,，還要考慮建筑內(nèi)其他部分與柱網(wǎng)的協(xié)調(diào)。如基礎(chǔ)、地下管道,、煙道,、地坑等。工藝要求柱的位置與車間內(nèi)機(jī)械,、起重,、運(yùn)輸設(shè)備相協(xié)調(diào)，符合生產(chǎn)流程,，還要考慮生產(chǎn)過(guò)程的可能變動(dòng),。根據(jù)本設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝布置要求，柱距選用12m,，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果較好,。山墻為非承重墻，抗風(fēng)柱邊緣與橫向定位軸線相重合,。端部排架柱的中心線自橫向定位軸線向內(nèi)移動(dòng)500mm,。由于柱距較大，縱向框架柱列間設(shè)有托架,。柱與柱的中間設(shè)有小柱,。

（2）柱網(wǎng)布置原則

柱網(wǎng)布置的一般原則為：符合生產(chǎn)工藝和使用要求；建筑平面和結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)合理,；在廠房結(jié)構(gòu)形式和施工方法上具有先進(jìn)性和合理性,；符合《建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定；適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)革新的要求,。廠房跨度在18m以下時(shí),，應(yīng)采用擴(kuò)大模數(shù)30M數(shù)列；在18m以上時(shí),，應(yīng)采用60M數(shù)列,，當(dāng)跨度在18m以上，工藝布置有明顯優(yōu)越性時(shí),，也可采用擴(kuò)大模數(shù)30M數(shù)列,。但柱距過(guò)大，屋蓋結(jié)構(gòu)和吊車梁重量增加,；反之柱與基礎(chǔ)材料增多,。對(duì)于新型的輕鋼廠房，模數(shù)的限制可適當(dāng)放寬,，1m,1.5m均可,。本設(shè)計(jì)柱網(wǎng)布置符合布置原則。柱網(wǎng)布置見(jiàn)圖一,。

4.廠房橫向框架

（1）框架的類型

廠房的基本承重結(jié)構(gòu)通常采用框架體系,。這種體系能夠保證必要的橫向剛度,，同時(shí)其凈空又能滿足使用上的要求。

橫向框架按其靜力計(jì)算模式來(lái)分,，主要有橫梁與柱鉸接兩種情況,。如按跨度來(lái)分，則有單跨,、雙跨和多跨,。

橫梁與柱鉸接的框架，在傳統(tǒng)廠房結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)到,。由于其橫向剛度較差,，常不能滿足吊車使用上的要求，因此這種結(jié)構(gòu)類型現(xiàn)在很少采用,。橫梁與柱剛接的框架具有良好的橫向剛度,，但對(duì)于支座不均勻沉降及溫度作用比較敏感，需采用防止不均勻沉降的措施,。輕鋼廠房采用的門式剛架屬于橫梁與柱剛接,，而且由于結(jié)構(gòu)自重與傳統(tǒng)廠房相比大為減輕，故沉降問(wèn)題不甚嚴(yán)重,。因而是一種較好的結(jié)構(gòu)形式,。

（2）框架橫梁的形式及其應(yīng)用范圍

橫向框架的橫梁有實(shí)腹式和桁架式兩種。

橫向框架的實(shí)腹式橫梁通常采用由三塊鋼板焊接而成的工字型截面,，兩端與柱頂剛接形成門架,，其高度約為跨度的1/25～1/45。它的優(yōu)點(diǎn)是建筑高度小,，制造省工，運(yùn)輸方便,。實(shí)腹式橫梁本身高度較小,，故在輕鋼廠房中運(yùn)用較多。

橫向框架上端為剛接的桁架式橫梁,，一般采用平行弦梯形和多邊形的桁架,。如果是鉸接的桁架式橫梁，則采用三角形桁架,。多邊形桁架和梯形桁架在重型廠房中應(yīng)用較廣,。廠房橫向框架柱按其形式可分為等截面柱、均勻變截面柱,、臺(tái)階式柱和分離式柱,。

等截面柱通常做成工字型截面，吊車梁支撐在牛腿上,。這種形式適用于吊車起重量小于20kN的車間,。

均勻變截面柱為變高度的H型截面,，大量用于輕鋼結(jié)構(gòu)廠房，經(jīng)濟(jì)性好,，施工便利,。

臺(tái)階式柱在傳統(tǒng)型廠房中較為常用，由單階和雙階之分,。

分離式柱將吊車支柱和組成橫向框架的支柱分離,，其間用水平連系板連系起來(lái)。因?yàn)樗竭B系板在豎向的剛度與吊車柱抗壓剛度相比很小,，故認(rèn)為吊車豎向荷載僅傳至吊車支柱而不傳給框架支柱,。分離式柱一般較臺(tái)階式柱費(fèi)鋼材，上部剛度較小,，但在吊車起重較大而廠房高度小于18m時(shí),，采用分離式柱比較經(jīng)濟(jì)；如果廠房有擴(kuò)建的可能,，且擴(kuò)建時(shí)希望不受吊車荷載的牽制,，則可采用分離式柱；在吊車荷載大而廠房用壓型鋼板做屋面板時(shí),，分離式柱也可能是較經(jīng)濟(jì)的,。

在本設(shè)計(jì)中，廠房為單層單跨工業(yè)廠房,，采用重級(jí)工作制吊車,，其框架形式為屋架與柱兩端剛接，可看作屋架折合成橫梁,，簡(jiǎn)化成剛架形式,。柱子采用臺(tái)階式柱，上柱是工字型柱,，下柱是格構(gòu)式柱,。

5.支撐體系布置

支撐體系是廠房結(jié)構(gòu)的重要組成部分。適當(dāng)而有效布置支撐體系可將各個(gè)平面連成整體,，保證廠房結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度,、剛度和空間穩(wěn)定性來(lái)可靠的承擔(dān)所有的作用荷載，保證結(jié)構(gòu)的正常使用,。

單層廠房支撐體系包括屋蓋支撐和柱間支撐,。當(dāng)采用平面屋架作為主要承重構(gòu)件時(shí)，支撐是屋蓋結(jié)構(gòu)的重要的組成部分,。

屋蓋是屋蓋的主要結(jié)構(gòu),，平面外的側(cè)向剛度較小，個(gè)個(gè)屋架之間若僅用檁條或大型屋面板連系,，而沒(méi)有其他必要的支撐,，則屋蓋結(jié)構(gòu)在空間上是幾何可變體系,。因此，需要用支撐把屋架合理的連接起來(lái),，形成穩(wěn)定體系,，以保證屋蓋結(jié)構(gòu)的空間穩(wěn)定。設(shè)置支撐是一般先將屋蓋梁端的兩榀相鄰屋架用支撐連成穩(wěn)定體系,，然后用檁條或大型屋面板以及系桿將其余中間屋架與這兩端穩(wěn)定體系連接起來(lái),，形成幾何不變的屋蓋結(jié)構(gòu)體系。如果沿屋蓋結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度方向較長(zhǎng)時(shí),，還應(yīng)在中間設(shè)置1～2道橫向支撐,。

支撐可作為屋架弦桿的側(cè)向支撐點(diǎn)，減少弦桿在平面外的計(jì)算長(zhǎng)度,，增強(qiáng)受壓上弦桿的側(cè)向穩(wěn)定,，并使受拉下弦桿保持足夠的側(cè)向剛度，減少其在某些動(dòng)力荷載作用下產(chǎn)生的屋架平面外的受迫振動(dòng),。

屋蓋支撐還將作用于山墻的風(fēng)荷載,、懸掛吊車水平荷載及地震作用傳遞給房屋的下部支撐機(jī)構(gòu)。

另外,，在安裝鋼屋架時(shí),，首先吊裝由橫向支撐的兩榀屋架，將支撐和檁條與之連系形成穩(wěn)定體系,，然后再吊裝其他屋架與之連接,。

屋蓋支撐根據(jù)布置的位置可分為五種：上弦橫向水平支撐、上弦縱向水平支撐,、下弦橫向水平支撐,、下弦縱向水平支撐、垂直支撐和系桿,。

柱間支撐分為兩部分：在吊車梁以上的部分稱為上層支撐,，吊車梁以下部分稱為下層支撐。

當(dāng)采用壓型鋼板等在廠房縱向有一定變形能力的維護(hù)材料時(shí),，一般上下層支撐同時(shí)布置在廠房?jī)啥水?dāng)采用傳統(tǒng)的剛度較大的維護(hù)材料為墻和屋面時(shí)，下層支撐應(yīng)布置在溫度區(qū)段的中部,，使廠房結(jié)構(gòu)在溫度變化時(shí)能較自由的從支撐架向兩端伸縮,，從而減小縱向構(gòu)件及支撐架中的縱向應(yīng)力。上層支撐應(yīng)布置在溫度區(qū)段兩端及有下層支撐的開(kāi)間中,。為了傳遞從屋架下弦橫向支撐傳來(lái)的縱向風(fēng)載,，在溫度區(qū)段的兩端設(shè)置上層支撐是必要的。

在本設(shè)計(jì)中,，結(jié)合生產(chǎn)工藝及其有重級(jí)吊車時(shí),，應(yīng)在廠房單元中部設(shè)置上下柱間支撐,，并應(yīng)在廠房單元兩端增設(shè)上柱支撐，7度時(shí)結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度大于120m,，8,、9度時(shí)結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度大于90m，宜在單元中部1/3區(qū)段內(nèi)設(shè)兩道上下柱間支撐,，本廠房長(zhǎng)度為108m,，故在溫度區(qū)段內(nèi)設(shè)置一道柱間支撐。