重型厂房结构的设计.doc

第2章 中、重型厂房结构设计 在冶金，造船，机械制造等行业、有许多重型厂房，它们的显著特点是跨度大、高度大、吨位大。例如冶金工业的转炉车间，装配一个容积的转炉时，共跨度可达30m，多层部分的高度可达80m，整个厂房占地面积达，吊车的起重量可达450t。在机械制造行业，有高度60m，吊车起重量高达1200t的重型厂房。综合分析可靠性，耐久性和经济性表明，这种重型工业厂房最适宜采用全钢结构建造。随着我国钢产量的增加，一些中型厂房也会采用全钢结构或钢屋盖结构。本章内容以重型厂房为主要对象，同时也论及中型厂房结构和一般钢桁架。 2.1 结构形式和结构布置 2.1.1 一般说明 在房屋建筑学中，已经学习了厂房的类别及平面、剖面和立面建筑设计的基本知识。重型厂房一般取单层刚(框)架结构形式，但也有一部分为多层刚架者。图2—1是典型单层单跨厂房构造简图，其屋顶既可采用钢屋架—大型屋面板结构体系，亦可采用钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系，或横梁—檩条—轻型屋面板结构体系。 图2—1 单层厂房构造简图 1—柱；2—屋架；3—吊车梁；4—天窗架；5—柱间支撑 吊车是厂房中常见的起重设备，按照吊车使用的繁重程度(亦即吊车的利用次数和荷载大小)，国家标准《起重机设计规范》(GB3811)将其分为八个工作级别，称为A1—A8。 吊车的工作制等级与工作级别的对应关系 表2—1 工作制等级 轻级 中级 重级 特重级 工作级别 A1—A3 A4,A5 A6,A7 A8 2.1.1.1 柱网布置和计算单元 厂房的柱网布置要综合考虑工艺、结构和经济等诸多因素来确定，同时还应注意符合标准化模数的要求。一般地，在跨度不小于30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于50t时，柱距取12m较为经济；参数较小的厂房取6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取大柱距15m，18m及24m较适宜。位于软弱地基上的重型厂房，应采用较大柱距。在一些工业部门．为了满足工艺要求，厂房亦可呈多跨形式(如图2—2所示)。 图2—2 柱网布置 国家规范要求，在厂房的纵向或横向的尺度较大时，一般应按表2—2在平面布置中设置温度收缩缝，以避免结构中衍生过大的温度应力。超出表中数值时，应考虑温度应力和温度变形影响。双柱温度收缩缝或单柱温度收缩缝原则上皆可采用，不过在地震城区宜布置双柱收缩缝。 温度区段长度表 （m） 表2—2 结构情况 纵向温度区段（垂直屋架或构架跨度方向） 横向温度区段 （屋架或构架跨度方向） 柱顶为刚接 柱顶为铰接 采暖房屋和非采暖地区的房屋 热车间和采暖地区的非采暖房屋 露天结构 220 180 120 120 100 — 150 125 — 由于工艺要求或其他原因，有时需要将柱距局部加大。如图2—2中，在纵向轴线B与横向轴线L相交处不设柱子，因而导致轴线K和M之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。通常在拔柱处设置—构件，如图2—2中的构建T1，上承屋架(或其他屋面结构)，下传柱子，该构件为实腹式时称为托粱，桁架式时称为托架。托梁和托架一般作为简支受弯构件。托粱可采用焊接工字型截面，其截面高度可取其跨度的1／10—1／8，翼缘宽度取截面高度的1／5—1／2．5，箱形托梁双腹板之间的距离可取其截面高度的1／4—1/2, 且不宜小于400m。托架高度可取其跨度的1／1()—1／5，节间距可取3m。托梁或托架与屋架的连接有叠接和平接两种，前者构造简单，便于施工，但存在使托梁或托架受扭的缺点；后者可有效地减轻托梁或托架受扭的不利影响，较常用。 为了进行结构分析，必须明确横向框架所承担的荷载，通常以计算单元表示。图2—2中阴影部分所示，即为位于轴线j上的两跨框(排)架的计算单元、它的宽度一般是相邻柱距的平均值。对于等柱距且无拔柱的平面布置，显然只需取一个计算单元。否则，应当划分数个计算单元。 在柱网布置和剖、立面设计中还涉及到诸多几何参数的相互协调，尤其是吊车外轮廓与屋架下弦下表面之间的净距、吊车大轮的中心线与柱纵向定位轴线之间的净距离b、吊车外轮廓与柱体内表面之间的净距离c等，可参见图2—3取值， 图2—3 吊车外轮廓线与临近构件的净距要求 2.1.1.2 横向框架及其截面选择 横向框架可呈各种形式(如图2—4)。重型厂房的柱脚通常做成刚接，这不仅可以削减柱段的弯矩绝对值(从而减小柱裁面尺寸)，而且增大横向框架的刚度：横梁与柱子的连接可以是铰接(如图2—4c)，亦可以是刚接(如图2—4a，b)，相应地，称横向框架为铰接框架或刚接框架。对一些刚度要求较高的厂房(如设有双层吊车，装备硬钩吊车等)，尤其是单跨重型厂