摘要：钢结构形式的厂房在国内外应用相当广泛，其具有自重轻、施工速度快等显著优势，作为设计人员应当从结构布置、杆件设计等方面来综合考虑，设计出经济合理的钢结构厂房。
关键词：钢结构；厂房设计；结构布置；节点设计
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
厂房结构布置技巧
对于厂房结构布置来说，其由横向框架和纵向框架的柱形成一个柱网。从结构布置的合理性角度考虑，对于厂房柱网的布置不仅要考虑上部结构，还应考虑下部结构，诸如基础和设备(地下管道、烟道、地坑等设施)要与柱网相配合。实践表明，厂房柱网布置应当考虑工艺、结构与经济等方面的要求。
（1）从工艺要求方面考虑，柱的位置应和车间的地上设备、机械及起重运输设备等取得协调。柱下基础应与地下设备(如设备基础、地坑、地下管道、烟道等)相配合。此外，柱网布置还要适当考虑生产过程的可能变动。
（2）从结构要求方面考虑，以所有列的柱间距均为相等的布置方式最为合理。这种布置方式可使得厂房横向刚度最大，屋盖和支撑系统布置最为简单合理，全部吊车梁的跨度均相同。因此，在这种情况下，厂房构件的重复性较大，从而可使结构构件达到最大限度的定型化和标准化。但这种结构的理想状态有时得不到满足，例如，一个双跨钢结构制造车间，其生产流程是零件加工一中间仓库一拼焊连接顺着厂房纵向进行，但横向需要连系，在中部要有横向通道，因此中列柱中部柱距较大，部分中列纵向框架有托架。柱距变为边柱距的2倍。
（3）从经济方面来看，柱的纵向间距的大小对结构重量影响较大。柱距越大，柱及基础所用的材料越少，但屋盖结构和吊车梁的重量将随之增加。在柱子较高、吊车起重量较小的车间中，放大柱距可能会收到经济效果。最经济柱距虽然可通过理论分析，但最好还是通过具体方案比较来决定。对于一般车间，边列柱的经济间距为6m。各列柱距相等同时又接近于最经济柱距的柱网布置亦最为合理。但是，在某些场合下，由于工艺条件的限制或为了增加厂房的有效面积或考虑到将来工艺过程可能改变等情况，往往需要采用不相等的柱距。增大柱距时，沿厂房纵向布置的构件，如吊车梁、托架等由于跨度增大而用钢量增加，但柱子和柱基础由于数量减少而用钢量降低。经济的柱距应使总用钢量最少。
从目前钢结构厂房设计发展形势来看，国内外厂房的跨度和柱距都有逐渐增大的趋势，如日本、德国新建厂房的柱距一般为12m、15m，甚至更大，而且把15m作为冷、热轧车间的经济柱距。另外从构件统一化、标准化考虑，可降低制作和安装费用，因而设计时，跨度应以3m、柱距应以6m为模数。综上所述，一般当厂房内吊车起重量Q≤100t、轨顶标高H≤14m时，边列柱采用6m、中列柱采用12m柱距；当吊车起重量Q＝150t、轨顶标高H≤16m时，或当地基条件较差、处理较困难时，边列柱与中列柱均宜采用12m柱距。当生产工艺有特殊要求时，也可局部或全部采用更大的柱距。近来在钢结构厂房设计中有扩大柱网尺寸的趋向(待别是轻型和中型车间)，以设计成能适用于多种生产条件的灵活车间，以适应工艺过程的可能改变，同时可节约车间面积和降低安装劳动量。
屋盖结构设计
屋盖结构由于以下种种原因可能会引发一些事故，应引起设计者的注意。（1）对于屋盖存在过厚积灰问题，这会导致荷载较原设计荷载大，从而导致屋盖构件如檩条受荷增加，较易造成屋盖的构件强度不满足。（2）屋盖构件存在锈蚀问题，导致构件的有效截面面积减小，从而造成构件的承载力比设计的少。如某烧结厂钢屋盖每年锈蚀0.2—0.3mm，屋架仅用几年就需更换；又如某转炉车间，由于屋架上聚集大量腐蚀性烟尘，杆件受到严重腐蚀，最后导致倒塌。（3）结构选型的不合理，如有显著受拉优势的杆件却用于作为受压杆件。如某厂平炉车间中列杆上天窗架斜拉杆，使用过程中由于屋架向下挠曲，使该杆受压失稳。另外是所选取的钢材质量不合格，碳、硫、磷含量过高，施焊时使钢材开裂。（4）本身屋盖设计的不合理，例如没有合理布置屋盖支撑，导致屋架失稳破坏。自防水屋面渗漏现象严重，影响使用，加上防水措施后又增加了屋盖荷载，从而降低了屋盖结构的安全度等情况。若设计构造不当或施工质量不好，引起偏心受力将大大降低结构的安全度，甚至引发事故。在重级工作制车间，特别是设有夹钳或刚性料耙车间的厂房中，当支撑拉杆长细比＞350时，振动较大，连接节点板有损坏现象。
综上所述，对于屋盖结构设计中对杆件选型应合理地结合建筑造型以及钢材的生产工艺要求综合考虑材料供应、施工能力、生产维修等诸因素以获取较好的经济效益。通过结合工程实践经验，对于屋盖结构的具体设计形式应当兼顾到屋面材料、天窗形式、以及屋盖结构构件的施工吊装能力等因素。从实践效果来看，对于轻型的工业厂房屋面可以考虑采用有檩屋盖体系，而对于重型工业厂房屋盖则可以考虑采用无檩屋盖体系。对于屋盖设计中如设计有天窗，则其设计形式可结合通风和采光要求确定。从使用效果来看，对于屋盖采用纵向天窗，其构造简单而且相对消耗钢材较少，应用较为广泛；而对于横向天窗和井式大窗由于其构造复杂，消耗较多钢材，所以较少被采用；只有当通风要求很高，需要很大的排风面积时，才考虑采用下沉式横向天窗为宜。在一个温度区段内一般只用一种天窗形式，但特殊情况时，亦可采用多种天窗形式，甚至在一跨度内亦可采用兼有纵向和横向作用的混合型天窗。
节点设计要点
屋架杆件重心线应与屋架几何轴线重合，并交于节点中心，以避免引起偏心弯矩。但为了制造方便，角钢肢背到屋架轴线的距离可取5mm的倍数，如用螺栓与节点板连接时，可采用靠近杆件重心线的螺栓准线为轴线。当弦杆截面沿长度变化时，为了减少偏心和使肢背齐平，应使两个角钢重心线之间的中线与屋架的轴线重合。如轴线变动不超过较大弦杆截面高度的5％，在计算时可不考虑由此而引起的偏心弯矩。当不符合上述规定时，或节点处有较大偏心弯矩时，应根据交汇各杆的延刚度，将此弯矩分配于各杆。节点板的外形应尽量简单，应优先采用矩形或梯形、平行四边形，节点板不应有凹角。角钢端部的切割一般垂直于它的轴线，可切去部分肢，但绝不允许垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢。焊接屋架节点中，腹杆与弦杆或腹杆与腹杆边缘之间距离一般采用l0一20mm，用螺栓连接的节点则此距离可采用5—10mm。单斜杆与弦杆连接，应使之不出现偏心弯矩。节点板应有足够的强度，以保证弦杆与腹杆的内力能安全传递。节点板厚度不得小于6mm，但不要大于20mm。根据不同的力大小，选用各种节点板厚度。同一榀屋架中除支座处节点板比其他节点板厚2mm外，所有节点板应采用同一厚度。节点板不得作为拼接弦杆用的主要传力杆件。
在多跨等高厂房中，屋架和柱的连接可以做成部分铰接与部分刚接。如若全做成刚接，中列柱两侧的屋架支座在屋盖竖向荷裁作用下会产生很大的负弯距，致使屋架和柱的安装连接很复杂，用钢量也大。因此，为了简化构造和节约钢材，有时将中列柱一侧的屋架和柱做成柔弱连接或称为塑性铰。这种构造方案对于中、轻级工作制吊车厂房很适合，柔弱(塑性铰)连接的具体做法是将屋架上弦和柱的连接作得弱一些，用薄板(厚度不超过10一12mm)和螺栓连接， 并将螺栓的距离加大，板长减小，使薄板在支座负弯矩引起的拉力作用下，很容易出现塑性变形而形成塑性铰。由于产生塑性铰所需要的负弯矩不大，故可按一般铰接计算。但当外荷载使屋架端部出现正弯矩时，上弦受压，仍能传递压力，于是屋架和柱又可按刚接计算。
在多跨厂房中，当有一部分是重型车间，而另一部分是轻型车间，通常把重型车间处理成较强的门式框架而把轻型车间处理成与它相连接的厂形框架。计算时两部分分开计算，把重型车间当作轻型车间的不动支点。
结语
本文结合轻型钢结构厂房的特点，针对轻型钢结构厂房结构设计，探讨钢结构厂房的结构布置、屋盖设计及其节点设计等钢结构厂房设计应注意的问题，为设计人员提供借鉴。
参考文献：
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