单层钢结构厂房围护结构设计流程.docx
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单层钢结构厂房围护结构设计流程
单层钢结构厂房围护结构设计流程
一、轻型门式刚架的结构体系组成
Fig.1轻钢结构厂房一
Fig.2轻钢结构厂房二
Fig.3轻钢结构厂房三
Fig.4轻钢结构厂房结构体系组成
轻型门式刚架的结构体系包括以下组成部分:
1、主结构:
刚架、吊车梁、支撑系统;
2、围护结构:
屋面檩条、墙面檩条、屋面板和墙板等;
3、辅助结构:
楼梯、平台、栏杆等;
4、基础。
二、围护结构的组成
轻钢结构的围护系统包括檩条、墙梁、墙面与屋面彩板、收边系统、采光系统、排水系统和通风系统等。
Fig.5围护结构一
Fig.6围护结构二
刚架、支撑系统以与吊车梁组成了结构的主要受力骨架,即主结构体系。
屋面檩条和屋面檩条既是围护材料的支承结构,又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用,构成了建筑的次结构。
外部荷载(风、雪等)直接作用在围护结构上,通过围护结构再传递到主结构上。
Fig.7冷弯薄壁型钢
三、设计流程
1.收集资料;
1.1建筑平行作业图:
包括平、立、剖面;
门洞、窗户位置、标高;
厂房墙面、屋面做法;
厂房有无吊顶;
檐口高度、檐口节点。
1.2公用专业(主要是暖通专业和水道)所提的资料:
屋面风机的重量和位置;
管道的重量和位置;
屋面开洞的位置和大小。
2.墙梁、檩条截面计算;
使用PKPM钢结构模块中的工具箱计算
3.绘制节点图纸。
要重视节点图纸
四、程序计算参数的选取
a.檩条计算参数的选取
Fig.8檩条计算界面一
1、注意不是所有的屋面檩条都是5连跨,下列情况就需要考虑檩条的实际跨度:
(1)屋顶通气器和屋顶天窗在端跨一般不设置(有时候第二跨也不设置),此时檩条为单跨简支(或两跨连续);
(2)屋面有横向采光通风天窗或顺坡通气器时,檩条可能会被打断,檩条应根据实际情况确定跨数;
(3)檩条本身的跨数就少于5跨。
2、屋面材料选择时,若有吊顶,须选取“有吊顶”选项。
檩条仅支承压型钢板屋面时,挠度控制为l/200;有吊顶时,挠度控制为l/240。
《冷弯薄壁钢结构技术规范》第8.1.6-2;
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》表3.4.2-2。
3、屋面倾角:
建筑图所标的是坡度,需要换算成角度。
有弧形屋面梁时,须考虑檩条倾角的不断变化。
4、拉条道数的设置:
当檩条跨度≤4米时,一般不设置拉条;
当檩条跨度>4米、≤6米时,一般在檩条跨中设置一道拉条;
当檩条跨度>6米、≤9米时,一般设置两道拉条(三分点处);
当檩条跨度为12米时,一般设置三道拉条。
拉条均为双层拉条,同时约束檩条上、下翼缘。
5、檩条间距:
檩条的间距一般控制在1.0~1.5米之间,常用的间距有1.2、1.4、1.5米。
檩条间距不得超过1.5米;对于屋面荷载较大的部位(例如高低垮处),局部檩条间距可以小于1米。
若有吊顶,间距不大于1.2米。
6、檩条搭接长度的取值:
檩条搭接长度取跨长的10%(两边各5%)。
9米跨度一般取500mm,12米跨度一般取600mm。
7、屋面一般采用斜卷边Z形连续檩条。
当柱距≥12米,且屋面荷载较大时,可采用格构式檩条或高频焊接H型钢。
8、截面选择:
设计时尽量选择标准截面,常用的标准截面高度有:
200、220、250mm,常用的标准截面厚度有2.0、2.2、2.5mm,若需选择非标准截面,可通过“檩条库”选项增加截面参数。
标准截面详见《钢结构设计手册》和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》;截面也参考《檩条墙梁的计算比较》。
注意:
(1)非标准截面的截面厚度不得大于3.0mm;
(2)非标准截面的截面高度不宜大于280mm,若高度大于280mm,须采用加强措施,避免檩条侧向失稳。
Fig.9檩条计算界面二
9、分析参数中:
(1)“屋面板能阻止檩条上翼缘受压测向失稳”选项,不选择。
(2)“构造保证风吸力下翼缘受压稳定性”选项,不选择。
屋面下层彩钢板可以起到约束檩条下翼缘的作用,偏于安全,我们不选择此选项。
(3)“考虑活荷最不利布置”和“程序自动计算檩条截面自重”选项,选择。
(4)验算规范选择“薄钢规范GB50018”。
门规CECS102:
2002中,檩条仅支承压型钢板屋面时,挠度控制为1/150;薄钢规范GB50018中,挠度控制为1/200。
(5)支座双檩条考虑连接刚度折减系数取0.5。
(6)支座双檩条考虑连接弯矩调幅系数取0.9。
10、屋面自重:
柱距不超过9米时,取0.3KN/㎡;柱距12米时,取0.35KN/㎡。
注意:
有吊顶的厂房,需要计算吊顶重量(与风管重量),然后叠加到屋面自重中。
11、雪荷载不均匀系数的取值:
(1)普通位置不均匀系数1.25(全部屋面均乘1.25);
(2)高低跨处不均匀系数2.0(影响范围:
2倍的高差,但不小于4米,不大于8米);
(3)屋顶通风器和屋顶天窗两侧不均匀系数2.0(规范中取1.1,考虑到实际情况,我们规定取2.0;影响范围同高低跨处);
(4)注意一些地区的特殊规定:
沈阳地区规定雪荷载的不均匀系数提高1.5倍,且按照百年一遇的基本雪压进行考虑。
12、风吸力的验算:
对于屋面高度高于15米、基本风压大于0.4KN/㎡的厂房,需要验算屋面周边檩条的风吸力,此时屋面恒载取0.2KN/㎡,风压体型取-2.2。
屋面周边的范围详见《建筑结构荷载规范》第41页。
b.墙梁计算参数的选取
Fig.10墙梁计算界面
1、柱距不超过9米时,墙梁一般按照C形简支墙梁设计;柱距12米时,墙梁一般按照Z形连续墙梁进行设计。
2、注意C形墙梁的开口方向。
口朝上时,计算应力比小。
3、“墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳”、“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”选项,不选择。
墙板确实能约束墙梁的内外翼缘,偏于安全,我们不选择这两个选项。
4、拉条设置的原则同屋面檩条。
5、风荷载的取值:
(1)调整后的基本风压值:
注意按照《建筑结构荷载规范》的规定值乘以1.05(见《门规》第56页);
(2)背风体型系数:
当吊车吨位大于20t时,对于墙角处的负风压系数,应按照《建筑结构荷载规范》第41页的规定取值。
五、设计注意事项
一、檩条部分
1、注意避开刚架拼接点。
跨度9米的檩条中心线离拼接点的距离不小于250mm;跨度12米的檩条中心线离拼接点的距离不小于350mm。
Fig.11刚架拼接点
Fig.12刚架拼接点
2、第一道檩条的位置需要根据檐口节点(天沟大样)进行调整。
Fig.13外天沟节点
3、檩条的安装方向:
Z形檩条上翼缘的肢尖朝向屋脊方向,图纸中增加示意图。
Fig.14檩托布置示意图
4、确定屋面是否有预留洞。
若有,应根据留洞大小调整檩条间距。
5、当柱距≥12米(即檩条跨度≥12米)时,一般每隔一个檩条间距设置一排C形钢,C形钢的截面高度可取檩条截面高度的一半,C形钢设置的位置同拉条。
6、屋面檩条设计时,当单坡超过50m或者两跨,需要在中间正方两个方向设置斜拉条。
7、若使用多段线(PL线)画图,应定义线宽。
8、檩条节点详图中,应仔细核对螺栓孔的位置、檩托板的大小与垫片的尺寸等相关细节。
注意:
9米跨的檩条单个檩托处设置4个螺栓;12米跨的檩条单个檩托处设置6个螺栓。
9、设计墙梁和檩条时,须注意《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》第7.2.14条:
在檐口位置,刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处,应各设置一道隅撑。
10、屋面檩条的隅撑,应隔一设一,间距不大于3米;在柱头处应加密(3道或4道)。
Fig.15隅撑设置示意图
11、隅撑的计算见《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》第6.1.6-4条。
12、隅撑与檩条的连接,不宜设计成双螺栓;若单螺栓计算不能满足要求,可考虑加密隅撑,减小单个隅撑的受力。
二、墙梁部分
1、墙梁计算和画图前,应先确定墙面材料。
若为夹芯板(或称“横板”),则墙梁间距均采用1米;若为普通压型钢板(或称“竖板”),则墙梁间距不大于1.5米即可。
2、一般每隔5道拉条设置一对斜拉条,以分段传递墙体自重。
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》第8.4.2条。
Fig.16拉条设置示意图
3、若使用多段线(PL线)画图,应定义线宽。
4、墙梁立面布置图中,最下面一根墙梁标高和砌体墙压顶圈梁标高的确定,常用的方法有两种:
(1)将墙梁的标高定为1.5左右(以1.2米高的砌体墙为例),压顶圈梁顶标高定为1.2;标高1.5左右的墙梁遇窗户处断开,压顶圈梁在窗框对应的位置增设预埋件。
(2)将墙梁的标高定为1.2米,压顶圈梁顶标高定为:
1.2-墙梁翼缘宽。
注意:
无论按照哪种方法确定标高,都需要核对建筑图纸中此处的节点大样,以便与建筑图纸保持一致。
Fig.17方案一
Fig.18方案一
Fig.19方案二
Fig.20方案二
5、厂房内隔墙墙梁注意以下地方:
(1)有走道板的地方,纵向内隔墙的拉条无法通过;
(2)横向内隔墙的墙梁需要避开吊车梁与吊车轨道。
6、有竖向窗时应注意,窗框(包括竖向的窗框和窗顶、窗低墙梁)的构件尺寸应通过计算确定。
Fig.21窗框图一
Fig.22窗框图二
7、当厂房大门是提升门时,设计时注意下列内容:
(1)门柱需延伸至门高×2+500的高度;
(2)大门所承受的风荷载会通过导轨传给门柱,计算门柱时要考虑此荷载;
(3)核对大门上方是否有足够的空间:
高度方向是否满足门高×2+500;是否有走道板、系杆等构件,走道板和系杆离墙边应留一定的距离,以便让导轨和大门升上去。
Fig.23提升门一
Fig.24提升门二
8、当厂房大门是推拉门时,需在门梁上部设置一根H型钢(或双槽钢、双C形钢)用于固定悬挂推拉门的导轨,计算此H型钢时,应考虑通过导轨传过来的大门所承受的风荷载,以与门的重量。
Fig.25推拉门一
Fig.26推拉门二
9、注意常用雨篷详图的适用范围和计算条件,雨篷梁并非双墙梁就够,须计算确定雨篷梁的构件大小。
雨篷悬挑长度一般取≤1米。
10、墙梁节点详图中,应(与墙梁立面布置图)核对是否缺少墙梁连接节点,并应仔细核对螺栓孔的位置、檩托板的大小与垫片的尺寸等相关细节。
注意:
9米跨的墙梁单个檩托处设置4个螺栓;12米跨的墙梁单个檩托处设置6个螺栓。
11、核对墙面是否有预留洞(主要是暖通专业):
(1)核对洞口是否碰墙梁。
若碰墙梁,应与相关专业商量调整;
(2)若洞口需放置一些较轻的设备(例如轴流风机),应增加节点做法。
Fig.27洞口节点做法