混凝土框排架柱H型鋼屋面梁廠房結構設計

摘要：經濟的高速發展對廠房的質量要求越來越高。以往的普通廠房設計已經不能滿足人們工作的需要，尤其是在抗震方面，于是混凝土框排架柱H型鋼屋面梁廠房成了人們首選的設計方案。本文主要以火力發電廠為例，對混凝土框排架柱H型鋼屋面梁廠房設計作了簡要的分析

關鍵詞：混凝土框排 H型鋼 廠房設計

中圖分類號:TU2 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)010(b)-0000-00

輕鋼廠房主要是指用彩鋼板做屋面和墻面，用薄壁型鋼做墻梁和檁條，用變截面或者等截面的焊接“H”型截面做梁柱，用螺栓或拼接焊接的門式剛架作為主要結構的一種建筑方式，再配以扣件、零件、門窗等形成一種完善的建筑體系，這就是輕鋼結構體系。

1 混凝土框排架柱結構

框排架柱結構體系的主要特點是剛度和質量分布較不均勻，所以它在地震的作用下扭轉效應非常顯著，目前我國對這種結構形式進行了詳細的研究。近些年，隨著我國經濟的飛速發展，各大企業的廠房的跨度和體型都隨之變大，所以橫向框排架結構的高度越來越高，為了滿足承載力和剛度的要求，采取扁柱的布置形式，縱方向用框架-剪力墻的結構，這是一種新型的框排架柱結構體系，主要特點是：縱方向剛度差距比較大，扭轉對結構的抗震能力影響很大。

1.1 計算模型的建立

為了避免結構形式復雜，我們可以將原結構進行簡化：⑴把屋架部分簡化成軸力桿件，并且把排架和屋架看成是理想鉸接；⑵把實際的結構構件簡化為殼單元或者空間桿，也就是把梁柱簡化成三維立體的空間桿單元，剪力墻和樓板簡化成各個方向同性的殼單元、三維矩形板。因為這種類型結構被廣泛的應用在全國各個地方，所以對于地震波的選擇要根據不同地方的地理條件做參考。

1.2 框架和排架的協同工作

橫向的框排架結構主要由框架來承擔地震剪力，在彈性階段，不同的地震波作用下，排架所承擔的橫向總基底剪力不能超過6%。因為剛度相差懸殊，所以框架會承擔主要剪力中的一部分。

1.3 雙向地震動輸入對結構的影響

根據一些計算結果表明：雙向輸入的地震波對整個框架結構的變形以及受理影響不是很大，即使在三個地震波得作用下，以頂點位移來計算的雙向輸入仍然小于1.1倍的單向輸入，經過計算顯示，在El-centro地震波的作用下單向輸入的結果還是大于雙向輸入的結果。所以對于雙向地震動輸入對框排架柱結構的性能方面的影響還要繼續研究。

2 H型鋼屋面梁

所謂屋面梁，從字面就可以理解，就是指建筑房屋屋面的框架梁。具體定義應該是這樣：在框架梁柱的節點處，若此處是框架柱的頂點，框架柱不能再向上延伸，那么就必須按照屋面框架梁柱的節點要求來規范這個節點處的框架梁的做法；若框架柱還繼續向上延伸，不論該梁是不是處于屋面位置，都要按照普通框架梁的節點要求來做。

2.1 H型鋼

H型鋼和傳統的工字鋼相比較，它具有完善的截面形式，較好的力學性能以及使用性能。如截面模較大，承載能力高，在相同的承載能力下能夠節約鋼材10～15%左右；側向剛度比較大，在截面積相同的條件下，H型鋼的側向剛度是工字型鋼的2倍以上。尤其是高頻焊接H型鋼，這是一種輕型的專業化焊接H型鋼，這種高頻焊H型鋼除了具有熱軋H型鋼的上述優點外，它還具有如下幾個特點：

⑴不受模具尺寸的限制可以加工制作各種外形尺寸或截面均有變化的H型鋼。

⑵焊接H型鋼截面的尺寸有很好的靈活性，截面的寬厚比、高厚比等值在保證局部穩定的前提下可以設計得更合理一些，例如實際應用的梁H300×150×4.5×6，高度和厚度比達66.7，單邊寬度和厚度比達12.5，這樣就可以相應的提高單位面積的截面力學參數并且顯示出更好的力學性能，如高度為350的高頻焊H型鋼，它的1x/A數值就明顯高于軋制H型鋼。

⑶從加工制作的角度來看，雖然軋制H型鋼優于焊接H型鋼，但是當缺管乏軋制H型鋼的規格品種而必須要采用焊接H型鋼時，后者就顯示出很好的互補性。

2.2 屋面梁的檁條選型設計

在倉庫和工業廠房的建設中檁條的型式可以選用普通工字鋼或槽鋼、冷彎薄壁型鋼、軋制以及高頻焊H型鋼等，結合廠房具體設計要求，重型廠房有檁屋蓋所以應該有足夠的水平鋼度，所以除了屋架水平支撐外，檁條要考慮選擇有一定的剛性支撐作用的形式，所以選用高頻焊H型鋼比較合理。

檁條與屋架的連接采用三種連接形式。⑴首先在屋架上弦角鋼上焊好檁托，檁條安裝時先安裝螺栓然后再安裝焊接。⑵檁條在鋼柱或者托架柱頂連接并直接安裝焊接。⑶檁條和屋面梁上伸出的節點板要用高強螺栓連接并且要求沒有安裝焊縫。在墻架系統中，對部分墻架梁柱也采用高頻焊Ｈ型鋼，墻梁和墻梁柱的連接采用牛腿擱置的形式加焊接。

2.3 防銹處理

鋼結構的表面直接暴露在空氣中就會被銹蝕，鋼結構的銹蝕作用不僅會使構件的截面減小，還會使鋼構件的表層在局部產生銹坑，在構件受力時就會引起應力集中的現象，過早的破壞構件。所以，對鋼結構廠房構件的防銹蝕問題應該引起足夠的重視，并且應該根據廠房的侵蝕介質的情況以及環境條件在工藝布置、總圖布置、材料選擇等方面采取合理的措施，以保證廠房結構的安全。通常情況下，鋼結構的防腐經常采用防銹面漆和底漆，至于涂裝的厚度和層數一般根據其使用環境以及涂層的性質來決定。通常情況下，室內鋼結構因為是在自然大氣的介質作用下，要求涂層厚度在100μm，也就是底漆兩層，面漆兩層。露天鋼結構或者在工業大氣介質的作用下的鋼結構，要求漆膜的總厚度在150μm～200μm之間。如果是在酸環境中的鋼結構則要求使用氯磺化防酸漆。鋼柱的柱腳在地面以下的部分要用不低于C20的混凝土進行包裹，其保護層的厚度不小于50mm。

2.4 防水設計

鋼結構廠房的天溝和屋面在連接的地方雖然設有屋面封檐板，但是仍然有搭接縫，屋面和天溝一般沒有防水卷材覆蓋，所以當鋼結構廠房的天溝中水位高于搭接縫的時候，雨水就會從搭接縫處進入室內。鋼結構廠房的天溝深度因為受到屋面檁條的高度限制，通常在200mm左右，其有效深度只有150mm左右，所以天溝很淺。此外，鋼結構廠房屋面的坡度很大，雨水沿著屋面急流而下到達天溝處會產生沖擊涌流，使天溝內水位的波動很大，所以天溝實際有效深度就會更淺。所以鋼結構廠房的屋面、天溝的防水能力非常弱，一旦雨量超過重現期或者排水系統不暢時就會很容易冒水。工業廠泛水和冒水現象曾經給我國的工廠造成過非常大的經濟損失，屋面和地面的冒水、泛水現象除了雨水系統的計算不當外，很大一部分原因是由于雨水系統的選擇不當。

3 結語

為了提高企業的生產效率，進而提高經濟效益，我們必須要滿足對廠房的高端要求。在吸收原有建筑優點的基礎上，完善混凝土框排架柱H型鋼屋面梁廠房結構設計，做好相應的防護措施，以配合經濟的發展需求，推動社會發展。

參考文獻

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