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钢结构厂房设计与施工应注意一些什么

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钢结构厂房设计与施工应注意一些什么

发布日期:2021-12-08 作者: 点击:

  随着我国钢材产量的增加,钢结构厂房因钢结构强度高,塑性韧性好、质量轻和施工速度快等优点得到了广泛的发展。本文论述了钢结构厂房设计及施工中应注意的问题,为更多更好的建设钢结构厂房提供一定的参考。


  钢结构由于具有强度高、自重轻、施工速度快等特点,故一直是人们喜爱采用的一种结构。近百年来得到了快速的发展,尤其是在上世纪下半叶,随着世界钢产量大幅度增加,钢结构也相应更加扩展了应用领域,特别是在大跨度、高耸、超高层、重型、动力荷载结构范围内钢结构大量被使用。伴随国家经济的快速发展,轻钢结构建筑也在中国建筑领域迅勐发展。钢结构建筑是继钢筋混凝土建筑之后的具革命性建筑的新发展和新应用。轻钢结构建筑的特点突出:整体刚度和抗震性能好、施工速度快、结构占有空间面积小、承载力高,在工业厂房中钢结构已逐渐代替了较多的钢筋混凝土结构,以其大跨度、大空间的表现在建筑规模上相当出色。


  1.钢结构厂房的优点。


  上面描述的是钢结构作为一种结构形式在设计和施工中的优势。以下是钢结构厂房的优势。


  钢结构厂房的主要优点是:首先,在施工速度方面:钢结构构件可工厂批量生产,施工简单,安装快捷,大大缩短了施工周期;其次,钢结构厂房在自重方面:可降低建筑结构质量约30%,特别是在基础承载力低、地震设防烈度高的地方,其综合经济优于钢筋混凝土结构体系;从环境保护的角度来看:钢结构体系属于环保型绿色建筑体系。钢材本身是一种高强度、高效率的材料,具有很高的再循环价值,不需要模具施工。


  2.钢结构厂房设计中应注意的几个方面。


  设置2.2温度伸缩缝。


  温度变化会导致钢结构厂房变形,使结构产生温度应力,其尺寸与柱刚度、起重机轨顶标高和温差有关。当厂房平面尺寸较大时,为避免温度应力过大,应在厂房横向或纵向设置温度缝,将平面尺寸较大的厂房分为几个温度段(也称为结构单元)。温度段的长度可根据钢结构设计规范执行。温度伸缩缝一般采用双柱或单柱的方法处理。纵向温度伸缩缝可在屋架支座处设置滚动支座,横向温度伸缩缝可采用椭圆孔滑动或槽钢夹板滑动。


  2.1保温防火设计。


  钢材对温度相当敏感,但温度的升高和降低改变了钢材的性能。钢材具有很好的导热性能,导热系数达到50W/(m℃)。对于钢结构建筑来说,如果不进行保温处理,必然会造成大量的能源浪费和消耗,满足工艺和舒适性的要求。相比之下,低温性能更重要。下图显示了钢材的力学性能与温度的关系曲线。


  因此,当钢结构表面温度在150℃以上时,必须进行隔热和防火设计,一般有两种方法:


  高温屈服强度与室温屈服强度之比。


  高温弹性模量与室温弹性模量之比。


  (1)钢构件外包耐火砖、混凝土或硬质防火板。


  (2)采用厚涂防火涂料,厚度按《钢结构防火涂料应用技术》执行。


  2.4屋面支撑系统及屋面设计。


  屋面支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋面结构形式、起重机设置、吨位、振动设备等条件确定。一般情况下,无论有檩条还是无檩条系统,屋面结构都应设置垂直支撑。在无檩条系统中,大型屋面板有三点与屋面焊接,可以起到上弦支撑的作用。但考虑到施工条件的限制和安装需要,无论有檩条还是无檩条系统,屋面都应在屋面和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋面间距不小于12m的厂房或厂房内有特重桥式起重机或厂房内有较大振动设备的厂房,应设置纵向水平支撑。屋面设计的重点是防水。屋面防水设计涉及屋面坡度、沟槽形式、单坡屋面长度等因素。


  根据《屋面工程技术规范》,屋面坡度至少为5%。但在实际工程中,一些外资钢结构公司的屋面坡度往往达到3%甚至2%。考虑到国内钢结构制造商的技术实力、节点处理和材料性能参差不齐,人们将屋面坡度控制在5%。在积雪较大的地区,坡度应适当增加。单坡屋面长度主要取决于工程所在区域的大温差和降雨形成的大水头高度。根据收集的数据和工程设计经验,单坡屋面长度应控制在70m以内。如果超过70m,应进行专项研究和特殊处理。


  经调查了解,目前市场上常用的钢结构屋面方法有两种:1)双层彩压钢板夹保温棉,使用量大,但温差大,单坡长引起的彩钢板热胀冷缩难以解决。2)复合柔性钢屋面系统由屋面彩钢板内板、隔气层、保温层和卷材防水层组成。由于柔性卷材铺设在外层,整个屋面为封闭系统,热胀冷缩问题不突出,成本略高于国内一般钢结构厂家。


  3.钢结构厂房的主要组成部分:


  3.1钢屋盖系统:首先,钢屋盖承重构件由壁薄、细长的杆件组成,截面形状复杂,节点应力集中,偏心;其次,在设计屋盖系统时,计算荷载,计算简图正确,接近计算极限状态。结构构件的承载力安全储备小,对超载、温度和腐蚀非常敏感,容易因偶然因素而失效。再加上制造、安装和使用过程中的各种影响,钢结构屋盖成为钢结构厂房损坏中严重的部分。钢屋盖损坏包括屋盖倒塌、桁架构件断裂(包括与节点板连接断开)、屋盖挠度超标、构件弯曲、节点板弯曲或开裂、屋盖支撑弯曲等。


  3.2起重梁系统:起重梁系统是钢结构厂房的重要组成部分,包括起重梁、制动结构、起重轨道和连接。起重梁受力复杂,起重机的垂直力和侧向力具有动力特性、冲击力和疲劳性。与屋盖系统起重梁的计算简图相比,计算方法与实际情况差异更大,不确定性更大,结构耐久性和可靠性低。


  3.3柱系统:根据不利荷载组合设计的柱,由于荷载同时发生的概率很低,在正常工作条件下,实际应力远低于设计应力,柱的安全储备相当大,损坏的可能性很小,柱的整体承载能力不足,损坏很少。工业厂房的柱经常发生以下损坏(柱四肢变形、柱四肢切口、柱腹杆弯曲变形、柱头与起重机梁支撑牛腿焊缝开裂、柱垂直倾斜、围护结构连接节点损坏、起重机轨道偏差),影响生产。


  3.4基础:基础强度问题主要包括:基础承载力不足或基础不稳定,坡度不稳定。基础变形问题主要是指软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等地区的过度变形和不均匀沉降。基础损伤通常有三种形式:整体剪切损伤、冲压剪切损伤和局部剪切损伤。


  4.钢结构厂房常见的施工问题及解决方案。


  4.1钢结构厂房施工过程中应注意的施工问题。


  它涉及到整个钢结构工程的质量。涂层工作温度应在5~38℃之间。当天气温度低于5℃时,应使用相应的低温涂层材料。当温度高于40℃时,应停止涂层工作。当构件温度超过40℃时,在钢结构表面涂漆会产生气泡,降低漆膜的附着力。当空气湿度大于85%或构件表面结露时,钢结构涂层不宜进行。钢构件工程生产前,应提前除锈,提前涂刷构件隐蔽部位和结构夹层难以除锈的部位。


  4.2钢结构体系存在一些不容忽视的问题。


  目前,在网壳结构稳定性的研究中,主要问题是如何反映轴力和弯矩的耦合效应。在大跨度结构设计中,整体稳定性与局部稳定性的相互关系也是一个值得探讨的问题。目前,大跨度结构设计中统一的稳定安全系数并不反映整体稳定性与局部稳定性的相关性。钢结构体系稳定性研究中有许多随机因素。目前,结构随机影响分析中处理的问题大多局限于确定的结构参数和随机荷载输入的模式范围。在实际工程中,由于结构参数的不确定性,结构响应存在显著差异。因此,应重点考虑随机参数的结构极值不稳定性、干扰屈曲和跳跃不稳定性。


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