单层厂房钢结构设计

单层钢结构厂房设计交流介绍内容CUC一．方案设计结构选型及比较二．施工图主要构件设计三．施工图设计的中亮点及不足四．地震震害工程图片一、方案设计结构选型及比较CUC1.1设计原则：1.安全、适用、经济、美观。2.满足工艺设计要求。3.拟建场地位置及地质条件。4.相关合适的国家标准及规范。5.建筑及其他专业设计要求。一、方案设计结构选型及比较CUC1.2不同规范的适用经验：根据主要受力构件的截面组成，一般可将钢结构分为“轻型钢结构”和“普通钢结构”两大类。但随着我国经济的迅速发展，炼钢、铸造、石油化工和机械等行业的厂房设计也向着大跨度、大柱距和大吨位吊车发展。我院近年来设计的工业厂房跨度多在30m～36m，柱距多在12m～18m，最大的已达50m，吊车吨位大多在100t以上，最高的已达850t，且多为双层吊车，轨高达24m，最大的已达60m。这种大跨度、大柱距和大吨位吊车厂房的设计既不同于轻型钢结构厂房，与普通钢结构厂房也有一定的差别。因此，区别和划分不同的结构类型，并据此合理选择设计依据和控制参数对厂房结构设计有着至关重要的影响。一、方案设计结构选型及比较《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》从屋盖类型、起重机种类、最大起重量、吊车工作级别等方面定义了“轻型门式刚架”的适用范围。但现行规范体系中，针对工业厂房钢结构，没有明确界定重型钢结构与普通钢结构的适用范围。实际工作中，可以根据结构特点及工程经验，划分厂房的结构类型（如表1所示）。其中，“重钢厂房”设计的特殊构造措施包括：钢柱及吊车梁类型、柱间支撑计算方法、屋面支撑系统布置等等。通过对大量单层钢结构厂房实际工程的统计，“轻钢”结构的用钢量一般不大于50kg/m2；“普钢”结构的用钢量一般介于50kg/m2与100kg/m2之间；“重钢”结构的用钢量一般大于100kg/m2。根据轴压比来区分轻、普钢结构，一般以0.2作为界限。一、方案设计结构选型及比较CUC一、方案设计结构选型及比较CUC1.3“抗震性能设计”的理解和应用。钢结构板件宽厚比是保证厂房框架延性的关键指标，也是影响单位面积用钢量的关键指标。新版《建筑结构抗震设计规范》（GB50011-2010）将重屋盖和轻屋盖钢结构单层工业厂房的此项规定予以区别对待。其中，有重屋盖的单层工业厂房板件宽厚比参照多层钢结构低于50m的抗震等级采用，柱的宽厚比要求较前版规范有所放松。一、方案设计结构选型及比较CUC对于抗震设防烈度小于8度（0.2g）及以下的轻型屋盖（压型钢板屋面）的单层钢结构厂房，可以采用“低延性、高弹性承载力”性能化设计，当满足两倍地震作用组合验算构件承载力满足时，按《钢结构设计规范》弹性设计要求控制宽厚比就即可。当满足1.5倍地震作用组合验算构件承载力满足时，控制宽厚比也有所放宽。而鉴于单跨单层厂房横向刚架的耗能区一般在上柱梁底截面，该区域以外的构件区段也可按《钢结构设计规范》弹性设计要求控制板件宽厚比。设计经验表明，就目前广泛采用轻型维护材料的情况，采用上述方法确定板件宽厚比可以充分利用构件自身承载力，在抗震设防低烈度区（6、7度地震作用不起控制时），可以大幅降低用钢量。一、方案设计结构选型及比较CUC1.4实例分析：实地远景一、方案设计结构选型及比较CUC1.4.1露天码头平面图一、方案设计结构选型及比较CUC本工程为超大吨位吊车的露天结构，现行的规范、规程对该级别的结构未明确，同时国内无现成的工程实例可借鉴，在此之前中国联合工程公司设计过的最大吊车等级为二台350t。为此，我们在结构选型、柱距优化、海上高承台基础、重型吊车梁等方面进行了如下几方面的分析、研究、比较，现介绍给如下：1.柱子截面形式的优化分析1.1方案方案1．实腹式钢柱下柱为实腹式组合钢柱，上柱为实腹工字型柱方案2．格构式钢柱下柱为格构式钢柱，上柱为实腹工字型柱方案3．钢管混凝土柱（四柱）下柱为钢管混凝土组合，上柱为实腹工字型柱方案4．钢管混凝土柱（两柱）下柱为钢管混凝土组合，上柱为实腹工字型柱一、方案设计结构选型及比较CUC1.4.2主要经济指标---12m柱距用钢量一、方案设计结构选型及比较CUC1.4.3主要经济指标---18m柱距用钢量一、方案设计结构选型及比较CUC1.4.4主要经济指标---24m柱距用钢量一、方案设计结构选型及比较CUC1.5主要优缺点方案1：实腹式钢柱，易于施工，质量容易保证、刚度好、安全度高，实体结构抗蚀性能较好，易于维护，但耗钢量较高；方案2：格构式钢柱，较易施工，质量较易保证，刚度好，耗钢量较低、但缀板、缀条应力较高，格构式抗蚀性能、维护条件比实体结构差；方案3、4：钢管砼结构，耗钢量最省、维护较易，但施工较复杂，特别是与吊车梁连接处肩梁构造的施工有一定难度，且缀板、缀条应力也较高、降低了结构整体安全度。综合以上各方案的优缺点，着眼于工程的重要性，并结合环境要求，保证与重型容器车间结构形式的协调性，柱截面形式决定采用格构式钢柱，以确保工程质量和足够的安全度。一、方案设计结构选型及比较CUC1.6基本用钢量比较一、方案设计结构选型及比较CUC1.7海上超高承台基础分析---1本工程大部分位于海上，因此，对海上基础与陆地基础，从沉降、轨顶水平位移角度比较，充分考虑超高水下承台对上部结构的影响极其与陆地基础的变形协调。本码头总体结构变位要求为竖向沉降差小于3mm,水平位移小于2mm,不容许有角变位。本工程水下承台高12m，材料采用钢筋砼，截面尺寸为4×6m的沉箱基础，为了考虑超高水下承台对上部结构的影响，计算时将12m高承台作为钢柱的下部柱进行整体分析，并与陆地基础比较。结果表明高位承台截面大、刚度好，因此承台对上部结构的影响较小，其刚度均能满足规范要求，即轨顶水平位移值不超过轨顶高的1/2500。由此也可见，柱距越大，水下基础越少，总体经济效果越好。一、方案设计结构选型及比较CUC1.7.1海上超高承台基础分析---2一、方案设计结构选型及比较CUC1.8柱距优化---结论24m柱距方案具有明显优势，不仅上部结构可节约钢材15%以上，而且尚具有以下优点：不同柱距时基础截面尺寸相差不大，基本是同一尺寸。因此采用24m柱距时，基础个数可减少一半，其经济效益较好，特别是水下基础、高位承台截面较大，且深度达12m以上，材料较费，造价较高，减少一半基础后经济效益尤其显著。24m柱距构件少，施工安装方便，可缩短工期。24m柱距较大，结构造型简洁，同重吨位吊车较协调，增加了环境美观。综合以上分析，采用24m柱距是比较经济合理的最优方案。七、工程图片CUC露天跨远景七、工程图片CUC露天跨远景二、施工图主要构件设计CUC2.1主要设计构件：1.钢柱系统。2.屋面系统。3.吊车梁系统。4.抗风柱、抗风桁架。5.其它附属构件。二、施工图主要构件设计CUC2.2.1吊车梁计算二、施工图主要构件设计CUC局部有限元模型：二、施工图主要构件设计CUC荷载图：二、施工图主要构件设计CUC竖向位移图，最大14.6mm二、施工图主要构件设计CUC螺栓连接有限元模型二、施工图主要构件设计CUC螺栓最大内力372kN：二、施工图主要构件设计CUC2.2.2验收规范：1.同跨间任一截面的吊车梁中心跨。2.轨道中心对吊车梁腹板轴线的偏。二、施工图主要构件设计CUC2.2.3处理方法：1.钢柱：二、施工图主要构件设计CUC2.2.3处理方法：2.吊车梁：二、施工图主要构件设计CUC2.3.1钢柱计算：二、施工图主要构件设计CUC二、施工图主要构件设计CUC2.3.2加工要求：二、施工图主要构件设计CUC二、施工图主要构件设计CUC二、施工图主要构件设计CUC三。施工图设计的中亮点及不足CUC1.对规范吊车纵向水平力专递的理解三。施工图设计的中亮点及不足CUC三。施工图设计的中亮点及不足CUC三。施工图设计的中亮点及不足CUC三。施工图设计的中亮点及不足CUC2.构件要与周边环境相协调四。地震震害工程图片CUC四。地震震害工程图片CUC四。地震震害工程图片CUC四。地震震害工程图片CUC四。地震震害工程图片CUC三分厂:上世纪60年代末期设计，1970年前建成，钢筋砼柱，钢筋砼吊车梁，钢屋架，屋面为槽瓦，纵墙大部分采用钢筋砼墙板、部分采用砖砌体，山墙采用砖砌体。四。地震震害工程图片CUC柱间支撑拉裂四。地震震害工程图片CUC抗风柱与屋架连接拉裂四。地震震害工程图片CUC钢屋架曲屈四。地震震害工程图片CUC吊车轮移位四。地震震害工程图片CUC整体跨塌四。地震震害工程图片CUC保存较为完整的四分厂