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大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)廠房的設計要點論文
在學習和工作中，大家都不可避免地要接觸到論文吧，論文是學術(shù)界進行成果交流的工具。相信很多朋友都對寫論文感到非�？鄲腊�，以下是小編為大家收集的大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)廠房的設計要點論文，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。
摘要：
隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，廠房工程建造技術(shù)也不斷提高，很多企業(yè)在建造廠房時使用大跨度門式剛架，因為這一施工結(jié)構(gòu)的造價成本較低，并且具有一定的美觀性，同時安裝技術(shù)非常簡便，因此得到很多施工企業(yè)的高度重視，甚至在許多的高層建筑、倉庫、展覽廳當中也十分常見�；诖�，論文主要對大跨度門式剛架輕鋼廠房的設計與應用進行探討，從構(gòu)造、應用等方面研究其設計要點，針對一些剛架輕鋼廠房設計中需要注意的問題進行全面的研究，并提出適當?shù)慕ㄗh。
關(guān)鍵詞:
門式剛架;廠房設計;應用;建議;
1、引言
相對于傳統(tǒng)的廠房建筑，大跨度門式剛架廠房由于工作量較小，能夠為企業(yè)節(jié)省很多的成本，并且綜合效益要更高，拆卸也非常方便，適合于各種企業(yè)的施工建設，工期較短。如果企業(yè)想快速建造廠房，大跨度門式剛架輕鋼廠房是一個非常好的選擇。近年來，很多的企業(yè)都開始著手于大跨度門式剛架輕鋼廠房的設計工作，但在現(xiàn)階段的工程建設中仍然會存在一些質(zhì)量問題，論文仔細闡述門式剛架設計技術(shù)要點等內(nèi)容，希望能給各行企業(yè)帶來一點思考與啟發(fā)。
2、大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的特點及適用范圍
近年來，工業(yè)的生產(chǎn)水平逐年提高，制造加工的條件得到有效的改善，整體工業(yè)化進程進入新時代。建筑行業(yè)的技術(shù)含量及運用價值都得到了跨越式的進步，大跨度門式剛架輕鋼廠房是彩鋼板制作成型材的結(jié)構(gòu)，由于重量較輕，抗震效果好，符合我國大力發(fā)展綠色建筑的要求，受到了很多建筑師的青睞，特別是這種建筑結(jié)構(gòu)有著得天獨厚的優(yōu)勢，給企業(yè)帶來更高的安全性能和經(jīng)濟效益。目前我國各行各業(yè)都開始加大對大跨度門式剛架輕鋼廠房的應用，使用成熟的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)，將信息化、智能化、人性化與其相結(jié)合，致使大跨度門式剛架輕鋼廠房的發(fā)展前景更為明朗。目前適用于大跨度門式剛架輕鋼廠房的規(guī)程為《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，在規(guī)程中詳細規(guī)定了剛架的跨度不能超過36m，整體房屋高度在4～9m，房屋整體的剛度結(jié)構(gòu)設備應進一步加強。
3、大跨度門式剛架廠房設計要點
3.1、節(jié)省成本，合理布置結(jié)構(gòu)
在正常情況下，大跨度門式剛架廠房一般會根據(jù)實際建筑的使用情況和工藝要求來確定，通常會采用9～35m，跨度在20～30m，有著最高的性價比。剛架的用鋼量一般要根據(jù)其間距的大小而定，但吊車梁用鋼量會隨剛架間距的增大而增加，對照以往的施工經(jīng)驗，可以發(fā)現(xiàn)用無橋式吊車5～8m并與跨度相匹配，大跨度往往采用大柱距，在3～5m最為適合，如果使用10t以上的吊車或較大的懸掛荷載時柱距在6m左右。
平均的門式剛架高度在4～9m，而且橋式吊車不超過12m，屋面的坡路在1/8～21/1，屋面排水滿足生產(chǎn)要求，盡量取坡度的最小值，可以有效減少風荷載，節(jié)省建筑材料，如果風荷載不是很大，房屋高度不高時可以適當?shù)販p少剛架的用鋼量，在剛架中間柱可采用兩端均為鉸接的方式。
如果廠房的建筑設計跨度不是很大，可以采用單脊雙坡的形式，在其他條件都滿足的情況下，在房脊兩側(cè)各需一根檁條，多一根房脊就需要多一根檁條，同時也要增加室內(nèi)排水溝的用料，避免出現(xiàn)刮風下雨的情況，導致廠房積水積雪，增加廠房的荷載，如果負載過大會滲漏到廠房當中，給企業(yè)造成影響，如果廠房的跨度大，可以通過位移控制設計，采用雙坡增加剛架的用鋼量。因此，從節(jié)省成本、增加經(jīng)濟效益的角度來講，可以采用多脊多坡的方式。
3.2、構(gòu)件截面設計
要充分發(fā)揮材料的作用，根據(jù)大跨度門式剛架的結(jié)構(gòu)設計，節(jié)省用鋼材料，一般會采用變截面的梁柱，通過改變截面的高度，必要時改變腹板厚度的方式。當有橋式吊車時柱采用等截面構(gòu)件，屋面荷載較輕，鋼梁跨度大，工字形截面在受彎構(gòu)件中以受剪為主。門式剛架則考慮，充分利用板件屈曲后的強度，當截面不滿足要求時，需要優(yōu)先加厚翼緣版，可取得較好的經(jīng)濟效果。設計中也可以簡化門式剛架的柱腳結(jié)構(gòu)，減輕基礎要求，進一步壓縮建筑造價，如果有橋式吊車，并且側(cè)向剛度有嚴格要求時，柱腳則應該設計為鋼接。
3.3、支撐結(jié)構(gòu)的布置與構(gòu)造
大跨度門式框架的支撐體系，包括剛性系桿、柱間支撐和橫向支撐。整個知識體系可以保障剛架的整體穩(wěn)定性，并且可以把縱向水平荷載傳遞到基礎。在設置柱間支撐時，可同時設置房蓋的橫向支撐，形成幾何不變體系，在剛架轉(zhuǎn)折處設置剛性系桿。如果廠房的柱較高，而且沒有吊車可根據(jù)支撐的夾角設置雙層柱間支撐，保持支撐與水面夾角在30°～60°，以吊車做縱向系桿設置，上下兩層柱間支撐，不設置下層支撐，以減少吊車梁的溫度應力。一旦上述高度采用十字形柱間支撐的角度少于30°時，上柱支撐可采用人字形或W形支撐。柱間支撐在無吊車廠房內(nèi)，可采用張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐，有5t以上吊車時，柱間支撐應采用型鋼支撐，設置屋蓋縱向支撐提高吊車梁的側(cè)向剛度。
3.4、隅撐的設置
在建造時，要考慮到剛架橫梁有可能受壓，必須在受壓兩側(cè)布置軸承作為橫梁的側(cè)向支撐。在實際的建設過程當中，往往會以隅撐作為鋼梁平面外的支點來減小鋼梁的壓力，提高整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，適當減少支撐長度，增加內(nèi)力。在施工中通過設置隅撐，確保安裝精密度一般每隔1根檁條設置1道隅撐，中間的間隔為2～4m，進行隅撐設計時也要注意以下幾點問題：
第一，如果鋼梁截面較大時，應按固定規(guī)程精確算出隅撐的強度。
第二，與隅撐相接的檁條厚度不易太薄，如果低于2mm將無法起到對鋼梁的支撐效果，所以，也需要提前算出檁條局部的承壓能力。
第三，關(guān)于設置隅撐的鋼柱外計算長度是否可以按間距來測量，目前尚存在爭議，在沒有經(jīng)驗的情況下，建議取隅撐間距的1.1倍[1]。
3.5、大跨度門式剛架端板連接設計
為了提高施工的便利性，所常使用的剛架跨度為15～36m，采用運輸加工分段進行的方式到現(xiàn)場進行拼接安裝，在安裝過程當中涉及端板結(jié)構(gòu)連接特點設計的內(nèi)容，其中端板連接是整個節(jié)點連接設計中性價比最高的方式，廣泛應用在大跨度輕型門式剛架中，與翼緣拼接和常用的腹板拼接方式相比，端板連接更能夠降低材料的成本，而且能增加整體構(gòu)造的穩(wěn)固性，現(xiàn)場拼接的方式也較為方便。端板拼接有3種形式，分別為豎放、斜放和橫放。端板連接也考驗其承受的彎矩和剪力，按最大應力設計，采用高強度螺栓，端板連接螺栓應呈對稱布置，不宜少于2排。端板的厚度也不能小于1cm，采用全熔透對接焊縫的技術(shù)，將翼緣與端板之間進行焊縫，確保焊接的質(zhì)量。
3.6、屋面活荷載取值
目前，市面上所使用的大跨度門式剛架設計結(jié)構(gòu)，主要是根據(jù)相關(guān)的設計規(guī)范內(nèi)容進行制作，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范當中對活荷載的規(guī)定為0.5kN/m2，但是如果構(gòu)件的荷載面積更大，可乘折減系數(shù)0.6。大跨度門式剛架符合這種條件，取活荷載數(shù)為0.3kN/m2。
國內(nèi)外對此數(shù)據(jù)有了較大的差異，國外的該房屋設計中需要考慮到0.15～0.5kN/m2的附加荷載，但在我國的設計內(nèi)容當中并沒有此類的描述。所以有些廠房框架的柱梁太細，克扣負載，如果遇到大風等惡劣天氣有可能會超出負載額度，很容易使廠房出現(xiàn)安全問題，因此，在建造大跨度門式剛架時一定要注重房屋的活荷載取值，不能一味地克扣荷載，保障廠房的穩(wěn)定性。
3.7、需計算好合理的跨度
跨度問題在很大程度上影響著廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，由于不同生產(chǎn)流程的工藝在使用的時候可能有很大的差距，因此有些企業(yè)甚至希望能夠根據(jù)自己的使用要求來合理配置廠房形式與大小。這種情況下需要提前計算哪一種跨度能夠幫助企業(yè)節(jié)省成本，盡可能地滿足生產(chǎn)工藝要求，根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度，首先需要計算梁高和荷載。確定2項數(shù)值后，適當加大跨度剛架的用鋼量，但整體的造價會較低，能進一步節(jié)省空間，所以帶來的綜合效果非常好，通過計算，發(fā)現(xiàn)如果房檐過高跨度過大，采用中間設置搖擺柱的方式，鋼量較單跨剛架能節(jié)省20%左右，因此，在設計的時候應該選用較為經(jīng)濟的跨度[2]。
3.8、剛架間距的確定
房價的間距與房屋荷載跨度等因素相關(guān)，選用較大的間距會發(fā)現(xiàn)檁條的用鋼量不經(jīng)濟。為符合規(guī)范要求，剛架柱的間距在6～9m最為適合。
3.9、柱腳的抗風措施
在實際的工程當中，偶爾會聽說在大風時會把剛架柱子連根拔起，其實最主要的原因并不是由于荷載計算錯誤，而是在支撐柱間時忘記考慮支撐傳給柱腳的力。尤其是房屋的縱向尺度較小，只涉及少量的柱間來抵抗風荷載，支撐會給柱腳帶來很大的拉力，如果柱腳沒有可靠的固定措施，很有可能會連根拔起，因此在容易刮大風的地區(qū)，要額外注意柱腳的抗風措施，如在柱腳設置描栓端部設描版等[3]。
3.10、防火設計方面
眾所周知，大跨度門式剛架雖然有很多的優(yōu)點，但是對火災的防護性能較差，尤其是廠房的溫度變化較大時，內(nèi)部的屈曲強度和彈性模量都會隨著溫度的升高而降低。如突發(fā)火災，溫度的急速上升會使廠房的鋼結(jié)構(gòu)失去自身的承受能力，從而導致廠房的坍塌，為了能夠提高鋼結(jié)構(gòu)在高溫下的穩(wěn)定性，有必要對鋼結(jié)構(gòu)采取保護措施。需要對火災的危險類別進行劃分，全體的設計人員確定門式剛架，輕鋼廠房的防火等級，同時根據(jù)我國的規(guī)范和防護要求，確保鋼構(gòu)件的質(zhì)量，在最大限度上避免高溫給鋼結(jié)構(gòu)帶來的負面影響。同時也可以采用在鋼結(jié)構(gòu)表面涂防火材料的措施，提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火性能。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)的設計更要從大局出發(fā)，多角度地考慮好設計工作，如按國家規(guī)范要求，設置疏散電梯安全出口，以便突遇火災時，廠房內(nèi)的工作人員可以在最短的時間內(nèi)緊急撤離，避免企業(yè)的經(jīng)濟損失，保證工作人員的人身安全。
3.11、防水設計方面
大跨度門式剛架廠房所需要的材料是金屬彩鋼板，雖然很美觀但是防水問題也一直存在，做好防水設計是建筑大跨度門式剛架廠房的必要工作。由于金屬彩鋼板自身的熱系數(shù)較大，當接觸到的外界環(huán)境發(fā)生較大的溫度變化時，會產(chǎn)生一定的溫差變化，溫度變化會收縮彩鋼板，從而使接口處產(chǎn)生位移誤差，因此極容易出現(xiàn)漏水問題，在彩鋼板的接口處是漏水問題的高發(fā)區(qū)域。鋼結(jié)構(gòu)體系中，鋼結(jié)構(gòu)本身容易受到溫度變化，風荷載等外力的作用容易產(chǎn)生形變，支點連接處也容易產(chǎn)生漏水隱患。特殊部位由于材料的銜接不同，受到溫度變化產(chǎn)生的應力不同步，需要及時修補漏水隱患。對于金屬彩鋼板的防水設計，要采用以導為主、以堵為輔的方式，重視整個設計的施工過程，將防水工程作為一個系統(tǒng)工程來做。在設計階段要考慮到大跨度門式剛架廠房的坡度、坡長、構(gòu)件等諸多因素，科學地采用彩鋼板的規(guī)格。設計合理的截面和充足的落水點，出具詳細的防水構(gòu)造措施，從理論上減少漏水的可能性。施工過程當中，施工人員也應該對設計進行改良，并且在施工中監(jiān)督施工環(huán)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時地整改，做好驗收工作，記錄房屋淋水試驗，嚴格把控施工質(zhì)量。即使在驗收之后也應該定期進行檢修，確定沒有任何的漏水隱患后才可投入使用[4]。
3.12、計算剛架的側(cè)移內(nèi)力
現(xiàn)階段，計算內(nèi)力的過程中可用的方法是有很多的，在門式變截面剛架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算過程中通常運用彈性分析法，雖然通過其他的計算方法也可以得到所需的參數(shù)，但是計算的基礎精準度沒有彈性分析法的精準度要高。另外，塑性分析法也是一種常用的方法，但是這種方法僅僅用在剛架擁有全部等截面的鋼柱內(nèi)力計算過程中。在具體的計算過程中，通常是運用單元桿系有限元的方式，計算所需要的參數(shù)相對來說是比較復雜的，在地震過程中所產(chǎn)生的效應作用可以利用該方法進行確定。同時，根據(jù)不同的荷載情況確定內(nèi)力結(jié)果。在具體分析過程中，要確定不同荷載的具體組合情況，組合不同所造成的內(nèi)力結(jié)果也是有很大差距的。在計算過程中，盡量找出截面受控的內(nèi)力組合，將截面的位置控制在筑底連接柱頂以及跨梁的截面上。最后，側(cè)移內(nèi)力的影響因素相對來說是比較多的，因此，在計算過程中必須要確定哪些因素是主要的影響因素，哪些是次要的影響因素，由于在計算的過程中通常是運用彈性分析法來確定，所以在具體的計算過程中僅需要獲取標準荷載的數(shù)值，雖然其他的一些數(shù)據(jù)也會對最終的結(jié)果造成一定的影響，如分項荷載的系數(shù)，但是由于該系數(shù)的復雜程度比較高，所以在計算過程中，一般不考慮它的影響。剛架側(cè)移內(nèi)力的計算分析結(jié)果對于剛架結(jié)構(gòu)的建設是非常重要的，在后期的搭建過程中，還需要根據(jù)測移的具體數(shù)值來選擇相應的建設位置，因此，必須要重視該過程。
4、結(jié)語
總而言之，由于我國的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)發(fā)展較晚，在實際設計當中對很多的施工細節(jié)可能要經(jīng)過多次的運算才能確定，再加上很多的工作人員施工經(jīng)驗不豐富，導致施工效果不理想，整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不高，所以需要設計人員進一步學習鋼結(jié)構(gòu)的知識，改變設計觀念，對現(xiàn)在所存在的問題進行完善，確保提高工程的設計質(zhì)量，推動我國門式剛架新型鋼結(jié)構(gòu)的進一步發(fā)展。
參考文獻
[1]梁匯溪大跨度[J式剛架斜梁塑性承載力應用研究[D]沈陽:沈陽大學,2017.
[2]張博.大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)設計與分析[D]邯鄲河北工程大學,2014.
[3]董超超大跨度[J式剛架抗風優(yōu)化設計研究[D].廣州:廣州大學,2012.
[4]潘哲霖大跨度輕鋼廠房結(jié)構(gòu)設計[J].浙江建筑,2011,28(03):19-21.
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