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)在一般條件下不會因超載而突然斷裂；韌性好,，結(jié)構(gòu)對動力荷載的適應(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,。不過在沒有侵蝕性介質(zhì)的一般廠房中，構(gòu)件經(jīng)過徹底除銹并涂上合格的油漆,，銹蝕問題并不嚴(yán)重,。

（6）鋼材耐熱但不耐火,。

鋼材長期經(jīng)受100℃輻射熱時(shí),，強(qiáng)度沒有多大變化，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,；按有無天窗可分為無天窗單層廠房和有天窗單層廠房；按吊車情況可以分為無吊車和有吊車兩類,。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)過程的可能變動,。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)算模式來分，主要有橫梁與柱鉸接兩種情況,。如按跨度來分,，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,。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，簡化成剛架形式,。柱子采用臺階式柱,，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，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,，形成幾何不變的屋蓋結(jié)構(gòu)體系,。如果沿屋蓋結(jié)構(gòu)的長度方向較長時(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,，減少其在某些動力荷載作用下產(chǎn)生的屋架平面外的受迫振動。

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)布置在廠房兩端當(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間中,。為了傳遞從屋架下弦橫向支撐傳來的縱向風(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)單元長度大于120m，8,、9度時(shí)結(jié)構(gòu)單元長度大于90m,，宜在單元中部1/3區(qū)段內(nèi)設(shè)兩道上下柱間支撐，本廠房長度為108m,，故在溫度區(qū)段內(nèi)設(shè)置一道柱間支撐,。