钢结构厂房设计方案技术探讨

　　摘要:文中主要介绍钢结构厂房的特点，（钢结构设计培训）着重对设计中须注意的设计要点、针对其吊车吨位大、结构为钢结构厂房的特点，结构形式的选择及设计选用的钢材做了阐述。

　　　关键词:钢结构厂房,设计要点

　　1结构形式的确定

　　1.1排架形式的确定

　　钢结构厂房的结构形式主要有以下几种:门式刚架、排架、刚接框架。门式刚架通常适用于跨度9～36m、柱距6m、柱高4.5～12m、设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑，设置桥式吊车时，宜为起重量不大于20t的中、轻级工作制吊车;设置悬挂吊车时，起重量不宜大于3t;对厂房较高(H>18m)时单跨(多跨)，吊车起重量较大(Q>50t)及硬钩吊车的重型厂房，为保证厂房横向刚度要求，宜采用刚接框架形式;其他的结构可采用排架结构形式。排架柱在基础处通常做成固定端，柱顶与屋架或横梁的连接可以做成铰接，也可以做成刚接。柱的上下两端均为刚接的排架，可以增加刚度和节约钢材。通常在采用重型屋盖的刚排架中，为了减少柱上端的弯矩，可以在屋盖结构安装完毕后再将柱顶刚接，以减少由屋盖静荷载所产生的柱顶固定端弯矩。

　　本工程中桥式吊车为50t，没有悬挂吊车，也没有天窗系统，屋面采用保温彩板围护，不属于重型屋盖结构，综合本工程的结构特点，最终确定采用柱顶铰接的排架结构形式。柱子为焊接变截面实腹单阶柱，屋架、吊车梁选用国标图集。

　　1.2柱间支撑的布置

　　柱间支撑的布置:有吊车时，应在厂房单元中部设置上、下柱间支撑，并应在厂房单元两端增设上段柱柱间支撑;抗震设防烈度为7度时结构单元长度大于120m，8、9度时结构单元长度大于90m，宜在单元中部1/3区段内设置上、下段柱间支撑。根据工程的特点，柱间支撑选择在厂房单元两端设上段柱柱间支撑，在厂房单元中部设置上、下柱间支撑。

　　1.3刚接柱脚形式的确定

　　钢结构柱脚按结构内力划分，可分为铰接柱脚和刚性固定柱脚两大类。铰接柱脚仅传递竖向荷载和水平荷载。刚性固定柱脚，除了传递竖向荷载和水平荷载外，还要传递弯矩，计算和构造较复杂。刚性固定柱脚按其构造形式可分为三种形式:露出式柱脚，埋入式或插入式柱脚，以及外包式柱脚。根据本工程的特点选择带柱靴的露出式刚性固定柱脚。

　　2钢柱钢材的选用及要求

　　2.1钢柱钢材的选用

　　为了保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。一般可选用的钢材有:Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢。因本工程柱距、跨度均较小，屋面为轻型彩板屋面，故钢柱选用Q235钢。

　　2.2对钢材材性的要求

　　2.2.1在钢结构设计中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号(或钢号)和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的要求。另外还应注明对有害元素的限值及对钢材塑性、韧性的要求，主要是对硫(S)、磷(P)含量的限值，S会增加钢材的热脆性，P会增加钢材的冷脆性，最后对碳(C)的含量也应有限值，虽然增加

　　C含量会提高钢材的强度，但是会降低钢材的塑性及可焊性。

　　2.2.2对焊接结构及非焊接结构限制采用 Q235沸腾钢须注明。虽然现在随着炼钢技术的改进，沸腾钢在市场上已经很少遇到，但是一些小钢厂还会生产沸腾钢，所以对不能用沸腾钢的结构须明确指出。本工程主要结构受力构件的钢材选用Q235-B钢。

　　2.2.3对钢材强度及塑性、韧性的要求。

　　钢材的抗拉强度是钢材受力破坏时所能达到的强度值，屈服强度是设计时我们取用的强度值，抗拉强度至少大于屈服强度20%，作为结构的安全储备。伸长率的要求是对钢材塑性的要求，是为了保证结构的塑性设计而提出的要求。冷弯试验的合格保证及对冲击韧性的要求是为了防止结构发生脆性破坏而提出的，须严格执行。

　　2.2.4设计中须明确规定对需要验算疲劳的焊接、非焊接结构钢材冲击韧性的合格保证。虽然本厂房为采暖房屋，但考虑到会出现厂房采暖系统出现故障吊车还会工作的情况时，且本地区最低气温为-34℃，所以对吊车梁的材质提出了应具有0℃冲击韧性的合格保证，选用Q345-C钢。

　　　3设计中所用到的计算软件

　　本工程计算钢柱的软件为中国建筑研究院编制的结构计算软件PKPM，选用的模块为STS中的框排架模块。计算结果须满足的项目有:强度计算应力比、平面内稳定应力比(对应长细比)、平面外稳定应力比(对应长细比)、节点位移，同时须查看超限信息输出文件看是否有超限项目，如有超限项目，则须重新调整模型，直到无超限项目出现为止。5厚钢板的应用

　　如何解决厚钢板在焊接和受力过程中可能产生的层状撕裂现象，直接关系到整个钢结构工程的质量和施工进度。《钢结构设计规范》GB50017-2003，针对钢结构设计制造过程中，可能出现的钢板厚度方向的层状撕裂，提出了沿厚度方向性能钢板的要求，建筑钢结构焊接技术规程也提出了厚度大于40mm时应采用厚度方向性能钢板。在T型接头、角钢接头和十字接头中应采取防止层状撕裂的技术措施。

　　4.1　层状撕裂的防止措施

　　4.1.1　改进焊接节点的连接形式改进焊接节点的连接形式可减小局部区域内由于焊缝收缩而引起的应力集中，可避免钢板在板厚垂直方向受拉，对易产生层状撕裂的节点构造及相应的改进，对桁架节点设计，应通过改变节点的构造设计来避免或减小厚度方面上的应变。

　　4.1.2　采用合理的焊缝形式及小焊脚焊缝焊缝的形式对基材变形有很大影响，坡口焊缝的坡口越大，焊缝表面积也越大，将增加收缩应力，焊缝的尺寸对基槽变形也有很大影响，不要随意增加焊缝尺寸，应尽量采用小焊脚焊缝，并尽可能使焊缝的体积减至最小。

　　4.1.3　合理布置加劲肋

　　加劲肋的布置要合理，加劲肋会对焊接变形产生约束，约束过强是层状撕裂的主因，因此要按计算要求设计加劲肋及其焊缝。

　　4.1.4　采用能保证板厚方向即Z向延性性能钢Z向性能钢由于其生产的特殊要求，其价格比通钢材贵得多，因此，只有在采取了以上措施仍无法满足防止层状撕裂产生时，才可要求采用Z向性能钢。

　　4.2　层状撕裂的检测与补救

　　检测层状撕裂的有效手段是超声波探伤，而X射线探伤效果不佳。设计时应有选择地指定那些对结构整体安全有重要影响，并有可能发生层状撕裂的节点进行超声波探伤，而探伤应在制作安装完成后进行。

　　5其他须注意的事项

　　5.1设计中须明确对钢结构连接材料的要求。这里须强调的是对焊条烘干的要求，为了减少焊缝出现裂缝的可能，焊条在使用前须烘干，焊条烘干时对烘干时间、烘干温度、烘干后使用的时限都有严格的要求。

　　5.2螺栓间距的设置要求。螺栓间距如设置过大，则连接板会连接不紧密，会有缝隙出现，会出现锈蚀现象，影响结构的耐久性;螺栓间距如设置过小，则可能会出现连接板被剪断的现象，因此螺栓间距的设置须严格按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第8.3.4条规定设置。

　　5.3设置引弧板和引出板。焊接时，起弧和落弧时，会产生焊接缺陷，会对母材有损伤，因此对重要的结构在设计中须明确提出设置引弧板和引出板。

　　5.4钢结构柱脚须用低标号的素混凝土包裹。因为钢结构柱脚会锈蚀，为了满足耐久性的要求，须用素混凝土包裹。

　　5.5吊车梁上、下翼缘板在跨中三分之一跨长范围内，应尽量避免拼接。上、下翼缘板及腹板的拼接，应采用加引弧板(其厚度和坡口与主材相同)和引出板的对接焊缝，并保证焊透，引弧板和引出板割去处应予打磨平整，上、下翼缘和腹板的对接焊缝不应设置在同一截面上，应相互错开200mm以上，与加劲肋亦应错开200mm以上。吊车梁上翼缘板对接焊缝的上表面，下翼缘板对接焊缝的上、下表面及所有引弧板割去处，均应采用机械加工，一般可用砂轮修磨使之与主体金属平整。