摘要：通过多年的国内外钢结构工业厂房的设计经验,总结介绍了钢结构厂房设计流程、前期资料的收集及设计中应该着重注意的一些问题,以期对工程设计有所参考。
关键词：钢结构 厂房 设计 资料收集
一、结构体系和柱网确定
1. 结构体系
单层厂房钢结构体系主要由横向结构和纵向结构系统组成。横向系统就是排架。名称可以称作框排架、刚架等。也可以称为铰接排架及刚接排架。具体情况根据工艺要求、厂房刚度要求、结构受力情况、材料选用情况等确定。纵向系统一般由柱及其支撑、托架、吊车梁及制动梁或桁架、墙梁等组成。
2. 柱网
柱网应根据工艺要求、经济柱距及跨度、建筑美的要求等方面确定。经济指标是综合的,包括基础费用,钢材用量、制作安装难度及进度等。跨度一般根据工艺要求确定。通过多年设计经验总结,经济柱距为:重型厂房地基差时宜采用24m,中型厂房地基差时采用18m、15m,轻型厂房采用12m;地基较好时厂房一般宜采用12m、18m柱距。
3. 厂房温度伸缩缝
横向温度伸缩缝一般采用双柱伸缩缝。厂房纵向温度伸缩缝一般采用单柱伸缩缝,方法是厂房一侧采用摇摆柱或采用滚动支座来实现伸缩。
二、厂房各系统设计中应特别注意的问题
1. 铰接屋架上承及下承做法对柱的影响
上承式屋架优点:屋架支座处传力好。屋架在安装时的稳定性好,而且基本上可不必考虑屋架受力后弦杆弹性伸长的影响。上弦在竖向荷载作用下的压缩变形可补偿屋架下挠时(坡度变直时)支座向外的位移。其总位移量的消长情况与屋面坡度有关,当屋面坡度i≥1/6,柱顶仍将向外推移。当i≤1/10柱顶非但不会向外推移,甚至有向里移动的可能,这个优点在多跨厂房中更为重要。上承式屋架缺点:上承屋架端支座底部至端节点中心的距离较大,约为下承式屋架的23倍。因
此,在柱顶水平剪力作用下对支座节点的偏心弯矩较大,设计时应引起注意。一般可采取以下两种方式解决:①采用侧接法与柱顶相连,以减少甚至消除偏心弯矩;②在与支座节点相连的屋架杆件设计中,考虑此偏心弯矩的影响,下承式屋架做法优缺点正好与上承式相反。
2. 柱
柱截面选用时,为了经济,宜优先选用钢管混凝土柱或型钢格构柱。为了经济,在工艺允许的情况下可增加纵向系杆,以减小厂房柱的平面外计算长度。
3. 柱间支撑
支撑杆件采用单拉杆设计或一镰一压杆件设计,应根据受力大小及杆件长度确定。目前流行采用单杆既在前后片杆件之间不打缀条设计,便于中间穿行管道、钢梯及参观走道。
4. 吊车梁系统
吊车梁中间加劲肋板与上翼缘的焊缝国标图集与钢结构设计规范不同(钢结构设计规范要求刨平顶紧后焊接,国标图集仅采用焊缝),建议采用刨平顶紧后焊接。平板支座处加劲肋国标图集中是上下刨平顶紧,为了便于施工,建议改为上端坡口焊,下端刨平顶紧后焊接。
业人员数量。
① 在楼梯、通道等频繁和必须的通行处应搭设临时简易通道(或铺设跳板),以供施工人员通行。
② 加强教育和管理,使全体操作人员充分重视保护板面负筋的正确位置。行走时,应自觉沿钢筋小马凳支撑点通行,不得随意踩踏中间部位钢筋。
③ 安排足够数量的钢筋工(一般应不少于3~4人)在砼浇筑前及浇筑中及时进行整修,特别是支座端部受力最大处以及楼面裂缝最易发生处(四周阳角处、预埋线管处以及大跨度房间外)应重点检查和修复。
④砼工在浇筑时对裂缝的易发生部位和负弯矩筋受力最大区域,应铺设临时性活动跳板,扩大接触面,分散应力,尽力避免上层钢筋受到重新踩踏变形。
5. 预埋线管处的裂缝防治预埋线管,特别是多根线管的集中处容易导致裂缝。当预埋线管直径较大,开间宽度较大,且线管的敷设走向重合时,很容易发生楼面裂缝。因此对于较粗的管线或多根线管的集中处须加强。根据我公司的经验,建议增设的抗裂短钢筋采用Φ6~8,间距≤100。
6. 材料吊卸区域的楼面裂缝防治目前在主体结构施工过程中,普遍存在质量与工期的矛盾。一般主体结构的楼层施工速度平均为5~7天左右一层,最快时甚至不足5天一层。因此当楼层砼浇筑完毕后不足24小时的养护时间,就忙着钢筋、钢管、模板等材料吊运施工,这就给大开间部位的房间雪上加霜。在强度不足的情况下受材料吊卸冲击振动荷载的作用而引起不规则的受力裂缝。并且这些裂缝一旦形成,就难于闭合,形成永久性裂缝,这种情况在高层住宅主体快速施工时较常见。对这类裂缝的综合防治措施如下:
① 主体结构的施工速度不能强求过快,楼层浇筑完后的必要养护必须获得保证(一般不宜≤24h);主体结构阶段的楼层施工速度宜控制在6~7天一层为宜。
② 科学安排楼层施工作业计划,在楼层砼浇筑完毕的24小时后,可做一些测量、定位、弹线等准备工作,最多只允许暗柱钢筋焊接工作,不允许吊装大宗材料,避免冲击负载。砼终凝后可先分批安排运少量暗柱和剪力墙钢筋进行绑扎活动,做到轻卸、轻放,以控制和减少冲击振动力。第3天方可开始吊装钢管等大宗材料以及从事楼层墙板和楼面的模板正常支模施工。
③ 模板安装时,吊运或传递上来的材料应尽量分散就位,不得过多地集中堆放,以减少楼面集中荷重。
④ 对计划中的临时大开间材料吊装堆放区域部位(一般约40m2左右)的模板支撑架设前,应预先考虑采用加密立杆(立杆的纵、横向间距均不宜大于800mm)和搁栅增加模板支撑架刚度的加强措施,以增强刚度、减少变形来加强该区域的抗冲击振动荷载,并应在该区域的新筑砼表面铺设旧木模板以保护和扩散外力,防止裂缝的发生。
7. 对楼面砼的养护砼的保混养护对其强度增涨和各类性能的提高十分重要,特别是早期的养护可避免表面脱水减少砼初期伸缩裂缝发生。施工中必须坚持覆盖麻袋或草包进行一周左右的养护,并建议采用喷养护液进行养护。
参考文献：
[1]刘霄，杨红旗，杨国海.轻型钢结构厂房的设计与研究[J].山西建筑，2006 07 10.