關(guān)于單層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、關(guān)于單層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　　【摘要】近些年來(lái)，世界各地頻繁發(fā)生地震，帶來(lái)的房屋倒塌、人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失，讓我們深刻體會(huì)到了建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮抗震的重要性，作為一名結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師更是如此。但是，由于地震有著復(fù)雜性和不確定性的特點(diǎn)，以目前的科技手段還很難完全掌握地震的發(fā)生規(guī)律。因此，通過(guò)對(duì)單層工業(yè)廠房在地震中的破壞現(xiàn)象，分析其破壞的原因，對(duì)震后的恢復(fù)重建具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和指導(dǎo)價(jià)值，并可作為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。下面就從結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件連接方面來(lái)分析單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)原則和所須注意的問(wèn)題。　　【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)廠房；抗震設(shè)計(jì)　　一、結(jié)

2、構(gòu)體系　　一般單層鋼結(jié)構(gòu)廠房采用框架支撐體系，即橫向設(shè)計(jì)成剛接框架，縱向設(shè)計(jì)成柱間支撐體系，這種體系經(jīng)濟(jì)節(jié)約，但柱間支撐可能會(huì)影響使用功能。這種形式特別適用于縱向較長(zhǎng)，橫向較短的單層工業(yè)廠房?！　?、截面設(shè)計(jì)　　鋼結(jié)構(gòu)廠房與鋼筋混凝土房屋一樣，同樣應(yīng)遵守強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)基本原則?！　?qiáng)柱弱粱。指在粱柱連接節(jié)點(diǎn)處柱端實(shí)際受彎承載力要大于梁端實(shí)際受彎承載力。一般采用增大柱端彎矩的做法。也就是使框架結(jié)構(gòu)塑性鉸出現(xiàn)在梁端的設(shè)計(jì)要求，用以提高結(jié)構(gòu)的變形能力，防止在強(qiáng)烈地震作用下倒塌?！皬?qiáng)柱弱梁”不僅是手段，也是目的，其手段表現(xiàn)在人

3、們認(rèn)為對(duì)柱的設(shè)計(jì)彎矩放大，對(duì)梁不放大。其目的表現(xiàn)在調(diào)整后，柱的抗彎能力比之前強(qiáng)了，而梁不變。即柱的能力提高程度比梁大。這樣梁柱一起受力時(shí)，梁端可以先于柱屈服?！　?qiáng)剪弱彎。指避免構(gòu)件剪力較大的部位在梁端達(dá)到塑性變形能力極限之前發(fā)生非延性破壞，即控制脆性破壞形式的發(fā)生。也就是說(shuō)結(jié)構(gòu)的抗剪承載力要大于抗彎承載力，目的是控制構(gòu)件發(fā)生彎曲破壞，而不是剪切破壞，避免脆性破壞，充分發(fā)揮塑性鉸的能力。　　強(qiáng)節(jié)點(diǎn)若構(gòu)件。以下為在設(shè)計(jì)中加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的措施：構(gòu)造保證。①增加連接強(qiáng)度，如增加焊縫厚度和螺栓大小。②梁端加腋或加隅撐。③加厚梁柱節(jié)點(diǎn)域的腹板厚度或增設(shè)水平和斜向

4、加勁肋。計(jì)算保證。①按抗震彈性設(shè)計(jì)：計(jì)算中考慮抗震承載力調(diào)整系數(shù)為，初步確定焊縫尺寸或螺栓數(shù)量、間距、直徑。②按以上確定的焊縫尺寸或螺栓數(shù)量、間距、直徑驗(yàn)算連接的抗震極限受彎、受拉和拼接承載力是否大于其構(gòu)件的屈服承載力，并留有一定的裕量?！　?、支撐體系　　屋面支撐和柱間支撐是保證單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要構(gòu)件，尤其是柱間支撐，在地震中常出現(xiàn)支撐斜桿的扭曲，隨之引起支撐與鋼柱連接節(jié)點(diǎn)的破壞，而交叉式支撐中部的連接處則出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)板扭曲變形。當(dāng)支撐與柱的連接節(jié)點(diǎn)為焊接時(shí)，其破壞特征多呈現(xiàn)為焊縫斷裂或節(jié)點(diǎn)板撕裂，或者將連接處鋼柱腹板拉裂；當(dāng)支撐與柱子連接

5、節(jié)點(diǎn)為螺栓連接時(shí)，多呈現(xiàn)為：螺栓孔處的節(jié)點(diǎn)板斷裂，支撐桿端的連接孔處斷裂、連接螺栓剪斷、支撐螺栓連接端部板開裂、支撐節(jié)點(diǎn)板與柱剪斷等破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，螺栓連接的支撐破壞高于焊接連接。故在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，支撐連接宜優(yōu)先選用焊接連接，在實(shí)際工程中也有螺栓連接和焊接連接同時(shí)使用的情況。柱間支撐的設(shè)置和構(gòu)造，應(yīng)符合下列要求：一般情況下，應(yīng)在廠房單元中部設(shè)置上下柱間支撐，且下柱支撐應(yīng)與上柱支撐配套設(shè)置；有起重機(jī)或8度和9度時(shí)，宜在廠房單元兩端增設(shè)上柱支撐；廠房單元較長(zhǎng)或8度III、Ⅳ類場(chǎng)地和9度時(shí)，可在廠房單元中部1/3區(qū)段內(nèi)設(shè)置兩道柱間支撐。下柱支撐的下節(jié)點(diǎn)位置

6、和構(gòu)造措施，應(yīng)保證將地震作用直接傳給基礎(chǔ)；當(dāng)6度和7度不能直接傳給基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)計(jì)及支撐對(duì)柱和基礎(chǔ)的不利影響采取加強(qiáng)措施。交叉支撐在交叉點(diǎn)應(yīng)設(shè)置節(jié)點(diǎn)板，其厚度不應(yīng)小于lOmm，斜桿與交叉節(jié)點(diǎn)板應(yīng)焊接，與端節(jié)點(diǎn)板宜焊接?！　?、圍護(hù)結(jié)構(gòu)　　維護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞多由于拉結(jié)不足或者高寬比比較大造成破壞，在以后的設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)柱與墻的拉結(jié)，調(diào)整高寬比，局部可采用框架、輕質(zhì)圍護(hù)墻等措施減少震害?！　《?、構(gòu)件連接　　1、節(jié)點(diǎn)脆性破壞原理　　眾多學(xué)者的研究表明，節(jié)點(diǎn)的脆性破壞原因主要是由焊縫的質(zhì)量和較高的二向應(yīng)力引起。節(jié)點(diǎn)脆性破壞的典型模式為：脆性裂紋自梁下翼緣與柱翼緣相

7、交焊縫處，通過(guò)不同途徑擴(kuò)展，導(dǎo)致多種多樣的斷裂模式。相關(guān)學(xué)者一共總結(jié)了8種裂紋形式，其中有7類裂紋起源于梁下翼緣和柱翼緣的交叉區(qū)域，這充分說(shuō)明了節(jié)點(diǎn)的梁底部翼緣焊接區(qū)是發(fā)生脆性破壞的主要區(qū)域，具體的破壞原因可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：首先是結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中的問(wèn)題。在焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生各種影響因素，包括焊縫金屬的沖擊韌性低和焊縫存在的缺陷，這些都是應(yīng)力集中可能產(chǎn)生的結(jié)果。在地震力作用下，梁柱的節(jié)點(diǎn)外應(yīng)力值較大且狀態(tài)復(fù)雜，焊接部位的鋼材往往處于二向應(yīng)力狀態(tài)，從而使節(jié)點(diǎn)焊縫截面成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。而鋼材的韌性，僅在較細(xì)的桿件處于單軸應(yīng)力狀態(tài)下才得以充分發(fā)揮，當(dāng)

8、其處于三向應(yīng)力狀態(tài)下，就很難充分發(fā)揮材料的優(yōu)勢(shì)性能，從而就會(huì)在沒有明顯屈服現(xiàn)象的情況下發(fā)生脆性破壞。其次，在坡口焊縫處的襯板和引弧板造成