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建筑论文征稿参考 浅谈门式刚架轻型钢结构工业厂房结构设计

2018-11-15 11:56:51来源:组稿人论文网作者:婷婷

  1 导言

  目前,轻型门式结构备受人们青睐,这与其屋面荷载小,各个杆件的截面很小并且很薄有很大的关系,此外,该钢结构材料质地较好,本身重量较轻,在计算杆件应力时不容易出现误差。

  2 轻钢结构厂房的特点

  2.1 采用轻型围护结构

  轻钢结构厂房一般使用的是自重较轻的围护结构,使用的材料通常包括夹心金属板以及压型钢板,两者均使用彩色涂层。这样不但保证自身重量较轻,还能够承受很大的负载,还能起到隔热保温的作用。另外它虽然简单但是非常简洁,虽然安装很快,但是一点都不影响它的美观。基于以上优点,这种围护结构以绝对的优势取代过去的围护方式,成为当今轻型结构厂房建设的必要材料。

  2.2 层高与柱网尺寸大

  与居民建筑不同,轻钢结构厂房在工艺方面要求层高要比民用建筑大6-10m。另外,轻钢厂房要求内部活动空间较大,所以柱距一般为6-12m,最大的可达到18m。

  2.3 施工周期短,可异地搬迁,重复使用

  过去的厂房大多采用钢筋混凝土进行建设,不仅工艺复杂,并且施工困难,很难做到工程顺利完美竣工。但是在轻型钢结构厂房建设中,它的设计、生产、施工和验收等几乎接近于一体化,大大减少了施工周期,更保证工程的顺利实施,加快资金的快速流动。

  3 轻钢结构厂房设计

  3.1 结构体系设计

  结构设计首先要确定结构体系,然后通过结构布置实现结构体系。门式刚架结构是由支撑连接起来的多榀刚架体系,一般是由横向刚架、支撑系统、吊车梁系统、屋盖系统和墙架系统组成的空间体系,具体如下。

  (1)横向刚架。由刚架柱和刚架梁组成,是轻型门式刚架厂房的主要承重体系,承受结构的自重、吊车荷载、风、雪等荷载,并把上部结构荷载传递到基础。横向刚架可采用变截面实腹刚架,刚架梁下翼缘和刚架柱内翼缘平面外的稳定性,由与檩条或墙梁连接的隅撑来保证。(2)支撑系统。门式刚架厂房沿厂房纵向须设置支撑,主要包括柱间支撑和屋盖支撑,支撑体系承担纵向水平荷载的同时又把各棍横向刚架组成空间的整体结构,从而保证了单层厂房钢结构所必需的刚度和稳定。门式刚架轻钢结构的支撑可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑,当有起重量不小于5t 的起重机时,柱间支撑宜采用型钢支撑。

  (3)吊车梁系统。主要由吊车梁和制动结构组成,主要承受起重机竖向及水平荷载,并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。

  (4)屋盖系统。主要由屋面板和擦条组成,承受屋盖自重、风载、雪载、灰载和屋面活载等,宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢擦条。屋面压型钢板厚度和擦条间

  距应按计算确定。屋面擦条的布置,应考虑天窗通风、屋脊、采光带、屋面材料、擦条供货规格等因素的影响。

  (5)墙架系统。主要由墙面板、墙梁、抗风柱及其支撑组成,承受墙体自重和风载。墙梁宜布置在刚架柱外侧,为双向受弯构件,间距应通过计算确定,同时要考虑墙板板型、供货规格的因素。

  3.2 节点设计

  在轻型刚结构厂房设计中一个比较重要的环节就是节点的设计,对于节点的设计,首先在设计前事先明确轻型钢结构节点的形式,这样能在一定程度上保证结构分析模型中的节点和设计的节点形式相同;其次,在设计时,要根据不同部位传力不同选择不同节点,主要分为刚接、半刚接以及铰接三种形式,合理地选取节点连接方式是一个关键问题。节点设计要使其达到传力可靠、受力明确,应有足够的强度和刚度,同时应满足构造要求。节点设计不仅要满足规范要求,还必须考虑现场施工条件。

  3.3 门式刚架的塑性设计与计算

  3.3.1 门式刚架荷载

  门式刚架的荷载一般有三类:①屋面结构等的自重,即永久荷载;②屋面活荷载和雪荷载中的较大者;③风荷载。在一般弹性设计中,可根据各类荷载单独计算刚架中的内力,最后再有目的的对各个构件进行内力组合,求出最不利的内力设计值。而对于超静定的结构采用塑性设计,可以充分利用结构和构件的塑性性能,达到节约材料的目的。在塑性设计中,找到结构中形成机构的塑性铰位置,进而求得构件截面的塑性弯矩M,是机构分析的目的。

  因为屋面部分风荷载的体型系数是负值,风力为吸力,其方向是与屋面活荷载或雪荷载相反的,所以,在进行无吊车荷载的门式刚架设计时,需要考虑的荷载基本组合为两个:

  ①永久荷载+屋面活荷载(或雪荷载);②永久荷载+屋面活荷载(或雪荷载)+风荷载,只有当风荷载特别大,而且可能产生内力变号的情况下,才有必要进行考虑。

  3.3.2 门式刚架的机构分析

  所谓的静力法,指的是通过求解静力平衡方程,来确定塑性铰位置和塑性弯矩的方法。具体的步骤是:①为了形成静定结构,应该去除构件中的超静定赘余反力,然后绘制荷载作用下此静定结构的弯矩图;②把赘余反力作用在静定刚架上,然后在根据具体要求画出由赘余反力产生的弯矩图;③把前面的两弯矩图叠加,求得成机构的塑性铰位置,求得截面的最大全塑性弯矩MP。

  根据上述静力法的分析,一定可以使得平衡条件和机构条件得到满足,当然,如果找错了塑性铰位置,那就很有可能在所确定的塑性铰位置以外的其他截面上产生大于MP 的弯矩,此时,也就背离了屈服条件。所以,求得MP 后,还需要进行检查,确保构件的任何一个截面的弯矩的绝对值不超过MP。

  4 结论

  综上所述,在门式刚架轻型房屋钢结构设计的过程中,基础设计是不容忽视的一个内容,门式刚架轻型钢结构房屋的自重相对较轻,这也使得其基础结构和其他的工业厂房结构形式有着不同的受力特征,同时其对门式刚架轻型房屋结构的基础研究也有着十分积极的意义,这一技术一定会得到更好的发展。

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