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、墙面及屋面彩板、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、支撑系统以及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（及风管重量），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0.2

KN/㎡，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、檩托板的大小及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，以及门的重量。

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、檩托板的大小及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