单层钢结构厂房设计的若干思考

前言

单层钢结构厂房是常见的一种厂房，冶金企业的热轧、冷轧等所用的厂房都属于这一类，门式刚架厂房也属于这一类。在门式刚架厂房中，如果吊车起重量、柱距等均超出了《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的适用范围，计算时不能用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，应该采用的设计规范是《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。

一、单层钢结构厂房设计要点分析

（1）在现阶段的单层厂房设计中，我们一般会把横向平面刚架作为结构计算的基本，将厂房的实际空间结构简化为平面刚架之后再进行分析。目前厂房的平面设计当中并没有考虑到纵向风载对端刚架的影响，因为当厂房柱平面外截面模量比较弱的时候，纵向风荷载会导致平面外弯矩，会在厂房柱中引起很大的应力，最终就会造成设计的结果不安全，所以我们在按平面模型来设计厂房端刚架的时候，要对刚架平面外风荷载作用考虑进来。

（2）对于抽柱刚架来讲，运用平面模型来进行建模和计算的时候，要做一些设计上的判断，要将空间问题转换成为平面问题来解决，此外还要充分考虑到空间的整体作用对平面刚架受力的影响，正确的选取弹性支座的刚度，以确保计算结果的准确性尽量的减少相应的误差。同时，还应注意验算托架的挠度，以及地震作用时，托架是否需要考虑竖向地震作用。

（3）柱间支撑是厂房主要的纵向传力体系及减震措施。因此在设计的过程当中，应结合工艺或使用要求对柱间支撑形式和平面位置进行合理选择，并确保支撑传力明确可靠有效，确保厂房的整体安全。在考虑平面外风荷载的设计时，可以将支撑支承点当做是铰接支座来进行相应的运算。并尤其关注支撑与柱连接节点的设计。

二、实例分析钢结构厂房设计 2.1工程概况

某工程为某一单层钢结构厂房。该厂房的具体尺寸为长234m，宽90m.是一个典型的单层工艺车间。本工程采用轻型门式刚架结构。在车间内每一跨布置有

两台20t的桥式吊车.刚架宽度为3x30m，柱距为9m.檐口标高为14.2m，采用多跨双坡屋盖。

2.2结构布置

（1）结构平面布置。本车间的纵向温度区段长度为234m，小于300m，宽度90m，小于150m，因此长宽两个方面上的尺寸均没有达到需要设置伸缩缝的要求。

（2）支撑布置。本车间设置有吊车，同时温度区段较长，并且支撑的设置间距不宜大于60m，因此本车间一共设置了5道支撑。考虑到房屋的高度较大，因此当进行柱间支撑设置时，考虑将上柱支撑设置在牛腿上部，下柱支撑设置在牛腿下部，上下柱间支撑中心线尽可能相交一点。可利用吊车梁作为上下柱间支撑之间的刚性系杆。为了能够有效地形成几何不变体系，需要设置屋盖横向支撑。

（3）次结构布置。本车间的柱间跨度为9m，檩条的间距为1.5m。考虑到在墙面上需要布置洞口，因此墙面檩条选择为C型。经过相关的计算，最终确定墙面檩条的具体尺寸为C250×75×20×2.0。在屋面檩条设计时，考虑到经济的因素，选用连续Z型檩条。屋面檩条的受力情况为跨中为正弯矩，支座为负弯矩，因此为了确保结构安全，需要在檩条支座处设置搭接长度。经过计算，本车间选用的屋面檩条边跨部分的尺寸为Z250×75×20×2.0，中间跨部分的尺寸为Z250×75×20×2.0。在个别部位，由于积雪分布系数较大，需要对檩条的设置密度进行相应加密。

2.3刚架设计

本工程的平面布置较为规则，因此在设计分析中，将该结构简化成平面二维门式刚架结构。设计分析所采用的软件为PKPM，STS系列软件。在本工程中进行刚架设计，首先应考虑的问题为材料的选择。在本工程中主要是由强度起到控制作用，因此刚架的材料选用Q345。在进行钢梁的分段时，重点应考虑的是刚架的内力图，分段变截面应设置在弯矩较小处，同时钢梁之间的拼接应尽量少些。梁、柱平面内、外的计算长度的确定：考虑到软件的局限性，无法解决计算长度系数不符合要求的问题。因此设计时，需要对梁、柱平面内、外的计算长度进行确定。通常情况下，程序默认将平面内计算长度系数取为-1，在本工程中，没有特殊考虑，因此仍保持默认值-1的设定。计算程度默认将平面外计算长度取为杆件的实际长度。根据本工程的具体情况，取隅撑间距作为钢柱和斜梁平面外的計算长度：3000mm。考虑到在本车间内，每一跨均设置有两台桥式吊车，因此柱

脚设计为刚接的方式。经过计算，最终确定吊车梁的截面尺寸为：H320×14×280×10×100×8。当截面的强度不满足要求时，一般情况下可以加大组成截面的板件的厚度，增大翼缘厚度可以有效增加截面的抗弯作用，增大腹板的厚度可以有效提高截面的抗剪作用。当截面的刚度超限时，采取加大板件厚度方式这存在一定的难度，因此一般情况下在条件允许时采用加大截面高度的方式。

三、节点设计

（1）焊接：本工程中所采用的焊接方式应确保满足尺寸和形式等方面的要求。所选用的焊条与应被连接金属材质适应。

（2）连接：目前，在建筑工程中，已基本很少采用铆接的连接方式。在次要结构部分可以考虑采用普通螺栓连接的方式，这种连接方式抗剪性能较低。目前主要广泛使用的连接方式为高强螺栓连接，其主要有8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点，可以将高强螺栓连接分成承压型和摩擦型两种，两种不同的受力特点其计算方式也不同。在设计中，应尽量少采用超大规格的螺栓，这是因为超过规格的螺栓性能不稳妥。自攻螺栓可用于板材与薄壁型钢间的次要连接。

（3）连接板。连接板厚度的设计主要是通过软件进行计算，并且需要机械静截面验算。

（4）梁腹板。梁腹板厚度选定完成后，需进行栓孔处腹板的净截面抗剪强度的验算。

（5）在进行节点设计时，还应考虑施工操作空间、吊装顺序等。 四、单层钢结构厂房的设计展望

现阶段的钢结构厂房的设计规范还是以轻型门式刚架所适用的门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，还有就是在普通的钢结构厂房中一直非常适用的钢结构设计规范，随着近几年来我国轻质材料的飞速发展，使得普通钢结构厂房也在逐渐的运用了轻型屋盖和轻型的外墙，这就是普通钢结构房屋的面恒载得以减小。与此同时，普通钢结构厂房还借鉴了门式刚架轻型钢结构厂房的设计，在普通钢结构厂房的设计中也出现了类似门式刚架的结构，这类钢结构厂房和轻型钢结构厂房一样都使用了轻型的建筑材料，它和轻型钢结构厂房的唯一差别就是它的吊车吨位的大小和轻型钢结构厂房是不同的，我们对于这类普通厂房都是采用的传统简化方法来进行相应的设计，这样会使整个设计的钢结构指标非常高，而且也

在一定程度上降低了厂房的经济效益，所以希望在相应的规范当中可以再增加一些门式刚架普通钢结构厂房的有关规定。

结语

近年来，我国可持续发展战略的实施，耗能低、效率高的新型环保材料已迅速占领建材市场，钢结构材料的应用也越来越广泛，特别是在工业厂房的应用中。工业厂房的钢结构设计要根据实际需求，对工业厂房钢结构的设计方案进行不断的优化，从而提高厂房的安全性、稳定性，以便降低建设成本。

参考文献

[1] 逯家宝.对钢结构厂房安全性设计的整体分析研究 [J].中国建筑金属结构，2013，（06）.