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单层钢结构厂房设计及注意事项|武汉钢结构厂房

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武汉钢结构厂房以一个单层轻型钢结构厂房为例,结合武汉钢结构厂房从事的结构施工图审查、设计的实践工作,介绍了单层轻型钢结构厂房的结构设计方法、构造措施、以及一些注意事项。

一、工程概况

本工程平面尺寸为138m*76m,檐口标高为11.0m,柱网平面、门架立面分别如图一、图二。工程位于广东佛山,抗震设防烈度为7度第一组,设计基本地震加速度值为0.10g,拟建场地为III类场地,结构抗震等级为三级。基本风压为0.5kN/m2。屋面和墙面采用彩钢板做维护结构。桩基础采用预应力管桩基础。

二、结构分析和计算

取计算简图如图三,用PKPM系列中的STS程序进行内力分析。考虑恒荷载和活荷载为0.2kN/m2和0.3kN/m2录入;左风时,风荷载体型系数按图三所示数值,并考虑风压高度系数计算录入;钢梁平面外计算长度按隅撑间距3.0m录入。计算经调试,选用如图二所示截面的构件时,各项指标均满足要求。其中,钢梁截面是由强度控制,作用弯矩与考虑屈曲后的强度抗弯承载力之比为0.95;钢柱截面是由平面外稳定控制,边柱和中柱的平面外稳定应力之比分别为0.96和0.94。

1. 计算简图的合理简化

计算简图的假设一定要与实际相符。本工程为全钢结构,节点之间采用高强螺栓连接,构件之间容易实现轴力、弯矩、剪力的传递,采用如图三所示的简图。如果本工程采用钢梁混凝土柱结构,考虑到节点的做法和内力的传递,则采用如图四所示的计算简图才比较合理。

2. 风荷载体型系数的正确选用

门刚技术规程给出的刚架风荷载体型系数,有一定的适用范围,超出该范围,仍按荷载规范取值,才比较安全。例如檐口高而跨度小,即“瘦高”的工程,应按荷载规范取风荷载体型系数。另外,因建筑方案的千变万化,荷载规范也往往不能穷举各工程的体型,那么,工程师就要根据实际情况,给出合理判断,选用较为偏安全的体型系数了。如图五,是笔者曾处理的一个工程,体型系数是结合规范和个人判断给出,列出来供参考。

3.计算长度的正确选取

构件平面外的选取,应该与工程实际相符。门式刚架梁和柱构件,均按照压弯构件进行强度和稳定的验算。对于平面外稳定验算,计算长度是个密切相关的因素。而平面外计算长度,应取侧向支承点间的距离。绝大部分设计工程师均认同支撑系统的压杆可以作为平面外的侧向支撑点;而对于隅撑是否可以作为平面外的侧向支撑点,设计工程师们有比较大的分歧。笔者不认同简单一刀切的认为隅撑“是”、或“否”作为平面外的侧向支撑点,这个问题要具体问题具体分析。隅撑能作为平面外的侧向支撑点的两个要素,一是屋面板有一定的刚度,二是屋面板与钢梁是可靠连接。我们目前用得比较多的压型钢板、彩钢板、水泥纤维瓦等,均可认为有一定的刚度;而屋面板与檩条的连接,通常采用自攻钉连接或螺栓连接,则认为是可靠连接。如果屋面板体系为浮动式,例如用板扣合的方式连接,则认为连接不可靠,也就不能认为隅撑是平面外的侧向支撑点了。

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