一、工程概况

某钢结构厂房采用轻型门式刚架结构体系；厂房跨度42m，长度90m，柱距6m，屋面坡度为1:15，屋面墙面均采用镀锌钢板。厂房主体钢结构设计合理使用年限为 50 年；抗震设防烈度为八度；地震分组为第一组；建筑抗震设防类别为丙类，结构安全等级为二级；场地类别为Ⅱ类，地基基础设计等级为丙级；地面粗糙度为B 类。钢架采用Q345B钢材，焊条采用E50。

 

二、轻钢结构厂房设计布置

 

2.1 柱网布置

由于本厂房荷载较小,故选用质量较轻、工业化程度较高、施工周期短、结构形式较简单的轻型门式刚架结构。确定柱距应该与跨度相协调,跨度较大可以扩大柱网,这样可以满足厂房的通用性,扩大生产面积,节约用地,加快建设速度,提高吊车的服务范围。因此本厂房采用21m 的跨度,柱距7.5m。

 

2.2 屋面布置

根据屋面压型钢板的规格,檩条沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定,由于檩条跨度为7.5m＜9m,故采用实腹式檩条。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102:2002 中6.3.5和6.3.6之规定,应在檩条三分点处设置一道拉条,拉条采用Φ10 圆钢,圆钢拉条设在距檩条上翼缘1/3 腹板高度范围内,屋脊拉条为刚性。

 

2.3 柱间支撑布置

根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定应在厂房两端第一柱间设置柱间支撑,并应在中间一个柱间设置柱间支撑,柱间支撑分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置。两端设上柱支撑,中间设上下柱支撑。在设置柱间支撑的开间,宜同时设置屋盖横向支撑,以组成几何不变体系。当有起重量不小于5t 的吊车时,柱间宜采用型钢支撑。

 

2.4 屋盖支撑布置

由于本厂房长105m,宽21m,根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定,将整个厂房可划分为一个温度区段。因此在厂房两端第一个柱间支撑设置横向水平支撑。此外,还应在厂房中间柱间内设置屋盖横向水平支撑,并应在上述相应位置设置刚性系杆。

 

2.5 墙面结构布置

根据墙板的板型和规格,墙梁的布置沿高度方向间距每隔1.5m 布置一道,根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定,本厂房跨度7.5m>6m,应在跨中三分点处各设置一道拉条,拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱和墙架柱,且应每隔5 道拉条设置一对斜拉条,以分段传递墙体自重,拉条为Φ10 圆钢。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定,设置门柱窗柱,且由于门柱、窗柱需承受墙板重及自重,所以应考虑为双向受弯构件。

 

三、轻钢厂房构件设计

 

构件设计时首先是选择材料,为了施工时工程管理方便通常主结构使用单一钢种,但从经济角度考虑又会选取不同强度钢材的组合截面。设计实践表明,当构件强度起控制作用时,适宜选取Q345,当稳定控制时则适宜选取Q235。但实践经验表明采用软件进行构件设计时,要注意以下一些问题:

（1）软件在做构件的截面验算时,计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定,特别是对于节点连接情况复杂或变截面的构件,结构师应该逐个检查。

（2）对于构件强度不满足时,一般会加大组成截面的板件厚度, 如抗弯不满足加大翼缘厚度,抗剪不满足加大腹板厚度。

（3）对于变形超限,通常不应加大板件厚度,而应加大截面的高度,这样设计就比较经济。

 

四、轻钢厂房节点设计

 

连接节点的设计是轻型钢结构厂房设计重要步骤,在结构分析前,应该对钢结构节点的形式预先确定,应避免最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。在设计时根据传力特性不同,节点分刚接、铰接以及半刚接。连接的不同对结构影响较大,例如刚接节点虽然承受弯矩但不会产生较大转动,不符合结构分析中的假定,会造成计算数据的变形小于实际工程变形,因此合理地选取节点连接方式是一个关键问题。节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外,还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。另外,节点设计还应考虑制造厂的工艺水平,如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。

 

五、轻钢厂房防水设计

 

对于防水设计是钢结构厂房屋面防水始终是建筑中关键的问题，而钢结构厂房是一个系统工程，对一些关键的位置进行处理，将会对防水达较好的功效。主要有以下设计措施：

（1）纵向搭接缝：这是存在于屋面因板材单位长度不够造成的搭接缝。处理方法是采用25cm 宽的防水系统对板缝进行覆盖，对于屋面的原防水层，需清除。

（2）横向搭接缝：这是老旧板型的屋面及新型屋面板在边缘位置锁口不好也存在此类问题，通常处理方法是采用10cm宽的防水层覆盖。

（3）屋面螺钉、紧固。处理方法是采用10cm×10cm宽的防水层覆盖。

（4）屋面的风机底座、排风口、透气窗等设备根部。首先要确保需要防水处理的部位排水通畅，如易留存积水，要对屋面板进行改造后再做防水。通常很多施工单位在现场会增设一些挡水板(泛水)，但实际考虑不周时，还会起反作用，甚至在雨停后的相当长的一段时间雨水都会存留在里面，从而腐蚀设施及屋面板。通常产生漏水的这些屋面设施，是因为其根部的迎水面排水不畅，加之采用的一些防水材料存在一些微孔、裂缝等原因。我们建议裁减掉迎水面设施根部20cm 范围内屋面板隆起的波峰。

（5）屋脊盖板两侧。通常漏水原因是由于屋面板卷起高度不够，盖板封盖不到位，盖板固定不好。

 

六、钢结构厂房现场安装连接门钢的安装需根据设计图纸的要求精心施工，安装程序应保证结构形成稳定的空间体系，且不能使结构永久变形。运输存放安装以及后续的结构的涂装和隔热均应符合相应的质量验收标准。本工程现场安装连接主要采取以下措施：

（1）钢柱与基础锚栓的连接采用双螺母加焊。

（2）压型板与檩条采用自攻螺栓连接。

（3）屋面檩条与檩托采用M12 永久螺栓连接；屋面支撑采用M16安装螺栓加焊；钢架安装时先做好临时支撑，屋面檩条安装好后，将支撑花篮螺丝拧紧；各构件之间必须保证连接可靠。

（4）每个高强螺栓的预拉力见表1 所示，而开孔的规定见表2所示:

 

七、结束语

本文以某轻型钢结构厂房实例,介绍某钢结构厂房结构设计流程, 探析钢结构厂房的设计布置、防水设计等轻型钢结构厂房设计要重点注意的问题,可为同类厂房设计提供参考借鉴。