摘要:文中主要介紹鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)，著重對(duì)設(shè)計(jì)中須注意的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、針對(duì)其吊車(chē)噸位大、結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)形式的選擇及設(shè)計(jì)選用的鋼材做了闡述。

　　關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)廠房,設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　1結(jié)構(gòu)形式的確定

　　1.1排架形式的確定

　　鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種:門(mén)式剛架、排架、剛接框架。門(mén)式剛架通常適用于跨度9～36m、柱距6m、柱高4.5～12m、設(shè)有吊車(chē)起重量較小的單層工業(yè)房屋或公共建筑，設(shè)置橋式吊車(chē)時(shí)，宜為起重量不大于20t的中、輕級(jí)工作制吊車(chē);設(shè)置懸掛吊車(chē)時(shí)，起重量不宜大于3t;對(duì)廠房較高(H>18m)時(shí)單跨(多跨)，吊車(chē)起重量較大(Q>50t)及硬鉤吊車(chē)的重型廠房，為保證廠房橫向剛度要求，宜采用剛接框架形式;其他的結(jié)構(gòu)可采用排架結(jié)構(gòu)形式。排架柱在基礎(chǔ)處通常做成固定端，柱頂與屋架或橫梁的連接可以做成鉸接，也可以做成剛接。柱的上下兩端均為剛接的排架，可以增加剛度和節(jié)約鋼材。通常在采用重型屋蓋的剛排架中，為了減少柱上端的彎矩，可以在屋蓋結(jié)構(gòu)安裝完畢后再將柱頂剛接，以減少由屋蓋靜荷載所產(chǎn)生的柱頂固定端彎矩。

　　本工程中橋式吊車(chē)為50t，沒(méi)有懸掛吊車(chē)，也沒(méi)有天窗系統(tǒng)，屋面采用保溫彩板圍護(hù)，不屬于重型屋蓋結(jié)構(gòu)，綜合本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最終確定采用柱頂鉸接的排架結(jié)構(gòu)形式。柱子為焊接變截面實(shí)腹單階柱，屋架、吊車(chē)梁選用國(guó)標(biāo)圖集。

　　1.2柱間支撐的布置

　　柱間支撐的布置:有吊車(chē)時(shí)，應(yīng)在廠房單元中部設(shè)置上、下柱間支撐，并應(yīng)在廠房單元兩端增設(shè)上段柱柱間支撐;抗震設(shè)防烈度為7度時(shí)結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度大于120m，8、9度時(shí)結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度大于90m，宜在單元中部1/3區(qū)段內(nèi)設(shè)置上、下段柱間支撐。根據(jù)工程的特點(diǎn)，柱間支撐選擇在廠房單元兩端設(shè)上段柱柱間支撐，在廠房單元中部設(shè)置上、下柱間支撐。

　　1.3剛接柱腳形式的確定

　　鋼結(jié)構(gòu)柱腳按結(jié)構(gòu)內(nèi)力劃分，可分為鉸接柱腳和剛性固定柱腳兩大類(lèi)。鉸接柱腳僅傳遞豎向荷載和水平荷載。剛性固定柱腳，除了傳遞豎向荷載和水平荷載外，還要傳遞彎矩，計(jì)算和構(gòu)造較復(fù)雜。剛性固定柱腳按其構(gòu)造形式可分為三種形式:露出式柱腳，埋入式或插入式柱腳，以及外包式柱腳。根據(jù)本工程的特點(diǎn)選擇帶柱靴的露出式剛性固定柱腳。

　　2鋼柱鋼材的選用及要求

　　2.1鋼柱鋼材的選用

　　為了保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力和防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度和工作環(huán)境等因素綜合考慮，選用合適的鋼材牌號(hào)和材性。一般可選用的鋼材有:Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼、Q420鋼。因本工程柱距、跨度均較小，屋面為輕型彩板屋面，故鋼柱選用Q235鋼。

　　2.2對(duì)鋼材材性的要求

　　2.2.1在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注明建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限、鋼材牌號(hào)、連接材料的型號(hào)(或鋼號(hào))和對(duì)鋼材所要求的力學(xué)性能、化學(xué)成分及其他的附加保證項(xiàng)目。此外，還應(yīng)注明所要求的焊縫形式、焊縫質(zhì)量等級(jí)、端面刨平頂緊部位及對(duì)施工的要求。另外還應(yīng)注明對(duì)有害元素的限值及對(duì)鋼材塑性、韌性的要求，主要是對(duì)硫(S)、磷(P)含量的限值，S會(huì)增加鋼材的熱脆性，P會(huì)增加鋼材的冷脆性，最后對(duì)碳(C)的含量也應(yīng)有限值，雖然增加

　　C含量會(huì)提高鋼材的強(qiáng)度，但是會(huì)降低鋼材的塑性及可焊性。

　　2.2.2對(duì)焊接結(jié)構(gòu)及非焊接結(jié)構(gòu)限制采用 Q235沸騰鋼須注明。雖然現(xiàn)在隨著煉鋼技術(shù)的改進(jìn)，沸騰鋼在市場(chǎng)上已經(jīng)很少遇到，但是一些小鋼廠還會(huì)生產(chǎn)沸騰鋼，所以對(duì)不能用沸騰鋼的結(jié)構(gòu)須明確指出。本工程主要結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的鋼材選用Q235-B鋼。

　　2.2.3對(duì)鋼材強(qiáng)度及塑性、韌性的要求。

　　鋼材的抗拉強(qiáng)度是鋼材受力破壞時(shí)所能達(dá)到的強(qiáng)度值，屈服強(qiáng)度是設(shè)計(jì)時(shí)我們?nèi)∮玫膹?qiáng)度值，抗拉強(qiáng)度至少大于屈服強(qiáng)度20%，作為結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。伸長(zhǎng)率的要求是對(duì)鋼材塑性的要求，是為了保證結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)而提出的要求。冷彎試驗(yàn)的合格保證及對(duì)沖擊韌性的要求是為了防止結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞而提出的，須嚴(yán)格執(zhí)行。

　　2.2.4設(shè)計(jì)中須明確規(guī)定對(duì)需要驗(yàn)算疲勞的焊接、非焊接結(jié)構(gòu)鋼材沖擊韌性的合格保證。雖然本廠房為采暖房屋，但考慮到會(huì)出現(xiàn)廠房采暖系統(tǒng)出現(xiàn)故障吊車(chē)還會(huì)工作的情況時(shí)，且本地區(qū)最低氣溫為-34℃，所以對(duì)吊車(chē)梁的材質(zhì)提出了應(yīng)具有0℃沖擊韌性的合格保證，選用Q345-C鋼。

　　3設(shè)計(jì)中所用到的計(jì)算軟件

　　本工程計(jì)算鋼柱的軟件為中國(guó)建筑研究院編制的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM，選用的模塊為STS中的框排架模塊。計(jì)算結(jié)果須滿足的項(xiàng)目有:強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力比、平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比(對(duì)應(yīng)長(zhǎng)細(xì)比)、平面外穩(wěn)定應(yīng)力比(對(duì)應(yīng)長(zhǎng)細(xì)比)、節(jié)點(diǎn)位移，同時(shí)須查看超限信息輸出文件看是否有超限項(xiàng)目，如有超限項(xiàng)目，則須重新調(diào)整模型，直到無(wú)超限項(xiàng)目出現(xiàn)為止。5厚鋼板的應(yīng)用

　　如何解決厚鋼板在焊接和受力過(guò)程中可能產(chǎn)生的層狀撕裂現(xiàn)象，直接關(guān)系到整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量和施工進(jìn)度。《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，可能出現(xiàn)的鋼板厚度方向的層狀撕裂，提出了沿厚度方向性能鋼板的要求，建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程也提出了厚度大于40mm時(shí)應(yīng)采用厚度方向性能鋼板。在T型接頭、角鋼接頭和十字接頭中應(yīng)采取防止層狀撕裂的技術(shù)措施。

　　4.1　層狀撕裂的防止措施

　　4.1.1　改進(jìn)焊接節(jié)點(diǎn)的連接形式改進(jìn)焊接節(jié)點(diǎn)的連接形式可減小局部區(qū)域內(nèi)由于焊縫收縮而引起的應(yīng)力集中，可避免鋼板在板厚垂直方向受拉，對(duì)易產(chǎn)生層狀撕裂的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及相應(yīng)的改進(jìn)，對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，應(yīng)通過(guò)改變節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)來(lái)避免或減小厚度方面上的應(yīng)變。

　　4.1.2　采用合理的焊縫形式及小焊腳焊縫焊縫的形式對(duì)基材變形有很大影響，坡口焊縫的坡口越大，焊縫表面積也越大，將增加收縮應(yīng)力，焊縫的尺寸對(duì)基槽變形也有很大影響，不要隨意增加焊縫尺寸，應(yīng)盡量采用小焊腳焊縫，并盡可能使焊縫的體積減至最小。

　　4.1.3　合理布置加勁肋

　　加勁肋的布置要合理，加勁肋會(huì)對(duì)焊接變形產(chǎn)生約束，約束過(guò)強(qiáng)是層狀撕裂的主因，因此要按計(jì)算要求設(shè)計(jì)加勁肋及其焊縫。

　　4.1.4　采用能保證板厚方向即Z向延性性能鋼Z向性能鋼由于其生產(chǎn)的特殊要求，其價(jià)格比通鋼材貴得多，因此，只有在采取了以上措施仍無(wú)法滿足防止層狀撕裂產(chǎn)生時(shí)，才可要求采用Z向性能鋼。

　　4.2　層狀撕裂的檢測(cè)與補(bǔ)救

　　檢測(cè)層狀撕裂的有效手段是超聲波探傷，而X射線探傷效果不佳。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有選擇地指定那些對(duì)結(jié)構(gòu)整體安全有重要影響，并有可能發(fā)生層狀撕裂的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行超聲波探傷，而探傷應(yīng)在制作安裝完成后進(jìn)行。

　　5其他須注意的事項(xiàng)

　　5.1設(shè)計(jì)中須明確對(duì)鋼結(jié)構(gòu)連接材料的要求。這里須強(qiáng)調(diào)的是對(duì)焊條烘干的要求，為了減少焊縫出現(xiàn)裂縫的可能，焊條在使用前須烘干，焊條烘干時(shí)對(duì)烘干時(shí)間、烘干溫度、烘干后使用的時(shí)限都有嚴(yán)格的要求。

　　5.2螺栓間距的設(shè)置要求。螺栓間距如設(shè)置過(guò)大，則連接板會(huì)連接不緊密，會(huì)有縫隙出現(xiàn)，會(huì)出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，影響結(jié)構(gòu)的耐久性;螺栓間距如設(shè)置過(guò)小，則可能會(huì)出現(xiàn)連接板被剪斷的現(xiàn)象，因此螺栓間距的設(shè)置須嚴(yán)格按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)第8.3.4條規(guī)定設(shè)置。

　　5.3設(shè)置引弧板和引出板。焊接時(shí)，起弧和落弧時(shí)，會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，會(huì)對(duì)母材有損傷，因此對(duì)重要的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中須明確提出設(shè)置引弧板和引出板。

　　5.4鋼結(jié)構(gòu)柱腳須用低標(biāo)號(hào)的素混凝土包裹。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)柱腳會(huì)銹蝕，為了滿足耐久性的要求，須用素混凝土包裹。

　　5.5吊車(chē)梁上、下翼緣板在跨中三分之一跨長(zhǎng)范圍內(nèi)，應(yīng)盡量避免拼接。上、下翼緣板及腹板的拼接，應(yīng)采用加引弧板(其厚度和坡口與主材相同)和引出板的對(duì)接焊縫，并保證焊透，引弧板和引出板割去處應(yīng)予打磨平整，上、下翼緣和腹板的對(duì)接焊縫不應(yīng)設(shè)置在同一截面上，應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)200mm以上，與加勁肋亦應(yīng)錯(cuò)開(kāi)200mm以上。吊車(chē)梁上翼緣板對(duì)接焊縫的上表面，下翼緣板對(duì)接焊縫的上、下表面及所有引弧板割去處，均應(yīng)采用機(jī)械加工，一般可用砂輪修磨使之與主體金屬平整。