房屋建筑构造--轻钢工业厂房的构造

第14章轻钢工业厂房的构造本章要点：1.了解轻钢厂房的特点、组成。2.了解轻钢厂房的材料。3.理解一般轻钢厂房的建筑构造。4.理解一般轻钢厂房的结构构造。14.1概述14.1.1轻钢工业厂房的特点轻钢工业厂房即轻型门式钢刚架工业厂房在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。近十多年来得到迅速的发展，目前国内每年有上千万平方米的轻钢工业厂房竣工，投入使用。相对于钢筋混凝土结构工业厂房而言，轻型门式钢刚架工业厂房具有以下特点：1.施工速度快由于轻型门式钢刚架厂房构造相对简单，构件加工制作工厂化，现场安装预制装配化程度高。2.自重轻屋面、墙面采用压型钢板及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量轻；承重结构门式钢架轻；基础小。3.绿色环保由于钢材可以回收利用，厂房也可搬迁重复利用，是绿色环保建筑。14.1.2轻钢工业厂房的组成1.门式钢刚架门式钢刚架是用焊接H型钢（等截面或变截面）、热轧H型钢（等截面）构成的结构作为主要承重骨架。2.檩条、墙梁用冷弯薄壁型钢（C型、Z型）做檩条、墙梁；将屋面、墙面所受荷载通过檩条、墙梁传给门式刚架。3.屋面板、墙板以压型钢板做屋面、墙面；当需要保温时，采用内外两层压型钢板，中间放置聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、玻璃丝棉等作为保温隔热材料。在多数轻钢工业厂房中，为防止对墙面的机械碰撞，在标高1.2米以下的墙体做成砖墙。4.支撑、系杆由于轻型门式钢刚架工业厂房纵向结构刚度较弱，需要沿轻型门式钢刚架工业厂房的纵向设置支撑、系杆以增加纵向结构刚。同时，支撑、系杆还能将作用在建筑物纵向上的风、起重机、地震等荷载从其作用点传到柱基础，最后传到地基。5.基础门式刚架结构的基础一般采用钢筋混凝土独立基础，钢架与基础用锚栓连接。图14-1轻钢工业厂房的组成14.2轻钢工业厂房的材料14.2.1轻钢结构用钢材轻钢结构用钢材的类型有：普通碳素结构钢、低合金结构钢、高强度钢、耐火耐候钢等。其中，普通碳素结构钢和低合金结构钢使用最为普遍。1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢的牌号按屈服强度等级表示方式为Q235。按钢材质量等级可分为A、B、C、D四个等级，由A到D表示质量等级由低到高。例如：Q235B表示为屈服强度等级是235N/mm2，质量等级为B。2.低合金结构钢低合金结构钢，是在碳素结构钢中添加一种或几种少量的合金元素（各合金元素的总含量小于5%），从而提高其强度、耐腐蚀性和低温冲击韧性。低合金结构钢的含碳量一般较低（小于0.2%），以便于钢材的加工和焊接。低合金结构钢的牌号按屈服强度等级表示方式为Q345。钢材质量等级分为A、B、C、D、E五个等级，由A到E表示质量由低到高。例如Q345B表示为屈服强度等级是345N/mm2，质量等级为B。表14-1结构钢的表示方法牌号质量等级脱氧方法说明Q235AF、b、ZQ235表示屈服点的数值是235N/mm2Q345表示屈服点的数值是345N/mm2A、B、C、D、E表示质量等级。F表示脱氧方法沸腾钢。b表示脱氧方法半钢镇静钢。Z表示脱氧方法钢镇静钢。TZ表示脱氧方法特殊镇静钢。BCZDTZQ345ATZ、ZBCDE14.2.2轻钢结构用钢材的规格轻钢结构所用的钢材主要为热轧成型的钢板和型钢、冷弯成型的薄壁型钢等。1.钢板钢板主要有厚钢板、薄钢板和扁钢（带钢）。厚钢板：厚度5~60mm，宽度600~3000mm，长度4~12m；薄钢板：厚度0-4~4mm，宽度500~1500mm，长度0.5~4m;扁钢：厚度3~60mm，宽度10~200mm，长度3~9m。厚钢板主要用于焊接钢刚架构件的腹板、翼缘和节点板；薄钢板主要用于制造冷弯薄壁型钢；扁钢可用于焊接钢刚架构件的翼缘、节点板等。2．H型钢轻钢钢刚架常用热轧H型截面钢制作。热轧H型截面钢的规格见表14-2。表14-2宽、中、窄H型钢的规格类别型号（宽X高）截面尺寸mm线密度kg/m类别型号（宽X高）截面尺寸mm线密度kg/mHW宽翼缘HXBt1t2HN窄翼缘HXBt1t2100X100100X1006617.2100X50100X50579.54125X125125X1256.5923.8125X60125X606813.3150X150150X15071031.9150X75150X755714.3175X175175X1757.51140.4175X90175X905818.2200X200200X20081250.5200X100198X994.5718.5200X204121256.7200X1005.5821.7250X250250X25091472.4250X125248X1245825.8250X255141482.2250X1256929.7300X300294X302121285.0300X150298X1495.5832.6300X300101594.5300X1756.5937.3300X3051515106350X175346X1746941.8350X350344X3481016115350X17571150.0350X3501219137400X175400X15081355.8400X400388X4021515141400X200396X19971156.7394X3981118147400X20081366.0400X4001321172450X150450X15091465.5400X4082121197450X200446X19981266.7414X4051828233450X20091476.5428X4072035284500X150500X150101677.1450X4173050425500X200496X19991479.5HM中翼缘150X100148X1006921.4500X200101689.6200X150194X1506931.2506X2011119103250X175244X17571144.1600X200596X199101595.1300X200294X20081257.3600X2001117106350X250340X25091479.7606X2011220120400X300390X3001016107700300X692X3001320166450X300440X3001118124700X3001324185500X300482X3001115115800X300792X3001422191488X3001118129800X3001426210600X300582X3001217137900X300890X2991523213588X3001220151900X3001628243594X3201423175912X30218342863薄壁型钢薄壁型钢的截面尺寸按合理方案设计，能充分发挥钢材的强度、节约钢材。薄壁型钢的壁厚一般为1.5~5mm，但承重构件的壁厚不宜小于2mm。常用薄壁型钢截面有卷边C型钢、Z型钢等。轻型钢结构中的檩条、墙梁一般采用卷边C型钢、Z型钢，如图14-2所示。图14-2檩条的截面形式（a）C型钢（b）Z型钢14.2.3连接材料1.焊接连接焊接是轻型钢结构的主要连接方法，焊接连接是通过电弧产生的热量使焊条、焊件局部熔化，经冷却连为一体。焊接的方法有：手工电弧焊、自动或半自动电弧焊和气体保护焊等。手工电弧焊是手工焊接中最常用的方法，它是由电焊机、电线、焊钳、焊条和焊件组成。打火引弧后，焊条与焊件接触很快形成短路，强大的电流激发电弧，电弧温度很高（1600oC左右），使焊条与焊件熔化，滴落在焊件的熔池中，经冷却后融为一体。如图14-3所示选择焊条时，应与钢材相匹配，当焊接碳素钢Q235时，采用E43系列焊条；当焊接低合金钢Q345时，采用E50系列焊条；当焊接碳素钢Q235和低合金钢Q345两种强度等级不同的钢材时，按强度等级低的钢材选用焊条，采用E43系列焊条。E43：E表示焊条，后面两位数表示熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为kgf/mm2）。焊接材料匹配见表14-3。表14-3焊接材料匹配表结构钢材牌号手工焊条牌号自动焊用焊丝、焊剂牌号CO2用焊丝Q235E4300-4313(E4315、E4316)HJ402-H08HJ402-H08AQ345E5001-5014(E5015、E5015、E5018)无坡口对接HJ402-H08A有坡口对接HJ402-H08MnAHJ402-H10Mn2无坡口对接H08Mn2SiA有坡口对接H10MnSi注：1.带括号的牌号宜用于直接承受动力荷载的重级工作制吊车梁或类似构件。2.两种牌号钢材焊接时，焊接材料牌号可按与强度较低的钢号相匹配来选用。焊接的优点较多，焊件一般不设连接板而直接连接，不削弱截面，构造简单，施工方便，生产效率高。焊缝的构造按连接件的相对位置来分有：对接接头、搭接接头、T形接头、角接接头。如图14-4所示。图14-4焊件接头形式(a)对接(b)搭接(c)T形连接(d)角接按焊缝本身的截面形式来分有：对接焊缝和角焊缝。如图14-5所示。图14-5焊缝的形式1.对接正焊缝2.对接斜焊缝3.正面角焊缝4.斜面角焊缝2.螺栓连接螺栓连接也是轻钢结构现场连接的主要方式。与现场焊接的连接方式比较，螺栓连接具有施工速度快，不受施工条件、施工天气的影响等优点，且容易保证施工质量。但螺栓连接的成本较高。螺栓等级的表示方法是采用螺栓杆的强度等级，其强度等级中的小数点前的数字表示热处理后的抗拉强度，小数点及其以后的数字表示其屈强比。例如，材料性能等级为8.8级的螺栓，其螺栓杆抗拉强度不小于800N/mm2，屈强比为0.8。螺栓分为普通螺栓和高强螺栓两种。（1）普通螺栓一般采用符合现行国家标准《碳素结构钢》的Q235A级钢制作。常用的螺栓直径有12mm、14mm、16mm、18mm、20mm。普通螺栓分为A级螺栓、B级螺栓和C级螺栓。按材料性能等级可分为4.6级、4.8级、5.6级和8.8级。C级螺栓表面不经特别加工，螺栓孔的直径一般比螺栓杆直径大1.5-2.0mm。由于螺栓杆与孔之间存在较大的空隙，当传递剪力时，连接变形较大，故工作性能较差，适用于不直接承受动力荷载的次要连接、临时固定和可拆卸结构的连接等。A级、B级螺栓螺杆直径与螺栓孔直径相同，对成孔质量要求较高，因此，一般钢结构中很少采用，主要用于机械设备之中。（2）高强螺栓一般采用45号钢、40Cr,40B或20MnTiB等钢制作，高强螺栓有抗剪型和大六角头型两种，这两种螺栓的性能都是可靠的，在设计中可以通用，但其抗剪受力特性有所不同。高强螺栓的等级和材料选用见表14-4。表14-4高强螺栓的等级和材料选用表螺栓种类螺栓等级螺栓材料螺母材料垫圈材料适用规格抗剪型10.920MnTiB35号钢10H45号钢（HRC35-45）d=16.20、22、24大六角头型10.935VB45号钢35号钢15MnVTi10H45号钢35号钢（HRC35-45）d=12、16、20、22、24、27、3020MnTiBd≤2440Bd≤248.845号钢35号钢8H45号钢35号钢（HRC35-45）d≤2235号钢d≤16根据受力特性，高强螺栓也可分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓：摩擦型高强螺栓通过连接板间的摩擦力来传递剪力，按板层间出现滑动作为其承载能力的极限状态。摩擦型高强螺栓适用于重要的结构和承受动力荷载的结构，以及可能出现反向内力构件的连接，其孔径比螺栓的公称直径大1.5~2.0mm。承压型高强螺栓不以连接板间出现滑动作为正常使用的极限状态，而以连接的破坏（螺栓或板件的破坏）作为其承载能力的极限状态。承压型高强螺栓的计算方法和构造要求与普通螺栓相同，可用于允许产生少量滑移的承受静荷载结构或间接承受动力荷载的构件。当允许在某一方向产生较大滑移时，可以采用长圆孔；当为圆孔时，其孔径比螺栓的公称直径大1.5~2.0mm。以上两种