工业厂房常用的结构形式有两种,即排架结构和框架结构。排架结构由屋面梁或屋架、柱和基础组成,柱与屋架铰接,而与基础刚接。排架结构是目前单层厂房结构的基本形式,跨度可超过30m,高度可达30m,吊车吨位可达150t或更大。框架结构由板、梁、柱组成的结构体系,在多层房屋中,它们形成多层多跨框架,框架可以是等跨的或不等跨的,层高相等或不相等的。无论是多层工业厂房还是单层工业厂房,框架结构在食品生产企业是应用最为广泛的结构形式。厂房的定位轴线分为横向定位轴线和纵向定位轴线两种,与横向框架平行的定位轴线称为横向定位轴线;与横向框架垂直的定位轴线称为纵向定位轴线。通常把横、纵两个方向的定位轴线在平面上形成的有规律的网格称为柱网。一般在纵横定位轴线的相交处设柱子,工业厂房的柱网尺寸由柱距和跨度组成。两相邻横向定位轴线间的距离为柱距,单层厂房的柱距应采用6m数列,如6m,12m,一般情况下均采用6m。两相邻纵向定位轴线间的距离为跨度。单层厂房的跨度<18m时,取3m数列,如9m、12m、15m、18m,食品生产企业厂房的单跨跨度一般都小于18m。从结构上看,柱网应规则、整齐,且每个楼层的柱网尺寸应相同,要能形成由板-次梁—框架梁—框架柱-基础组成的传力体系,且使之直接而明确。在需要中间走道的建筑中,沿房屋的纵向可以布置两排柱子。
就承受竖向荷载而言,由于楼板或屋面板布置方式不同,有主要承重框架和非主要承重框架之分。如楼板(或次梁)支承在横向框架上,横向框架成为主要承重框架,纵向框架为非主要承重框架;若楼板(或次梁)支承在纵向框架上情况则相反,纵向框架成为主要承重框架,横向框架为非主要承重框架,在一个结构中应当布置成统一的承重体系。如果采用双向板,则双向框架都是承重框架。
就承受水平荷载而言,两个方向的框架分别抵抗与框架方向平行的水平荷载。在非地震区,矩形平面建筑纵向的受风面积小,纵向框架的抗侧刚度要求较低,在多层框架结构中,纵向框架的梁柱连接可以做成铰接,但是在地震区的多层建筑中,两向框架的梁柱连接都必须做成刚接。由于无论是纵向还是横向,建筑物质量是相同的,地震作用也相近,因而抗震结构中,两个方向的框架的总抗侧刚度应当相近。
在确定框架的组成及梁柱截面尺寸时,要综合考虑上述因素,既要考虑楼板的合理跨度及布置,又要考虑抗侧刚度的要求。例如在矩形平面结构中,每榀横向框架柱子数目少,将横向框架布置成主要承重框架有利于提高横向框架的抗侧刚度。
框架梁、柱的截面尺寸,应该由承载力及抗侧刚度要求决定。但是在内力、位移计算之前,就需要确定梁柱截面,通常是在初步设计时由估算或经验选定截面尺寸,然后通过承载力及变形验算最后确定。
多层厂房的柱距采用6m,采用6mX6m方格式柱网。也有一些工厂为满足工艺布置和设计需要采用较大的柱网尺寸,如9mX9m,9mX12m,6mX15m等。
二次钢梁结构
在肉类食品生产企业,用于承受白条肉屠宰线轨道及设备荷载的钢梁称为二次钢梁。二次钢梁通常用钢结构制作,它搁置在钢筋砼框架柱的牛腿上,轨道及设备荷载传递给二次钢梁,二次钢梁通过框架柱牛腿将荷载传递给框架柱,因此,二次钢梁是简支梁受弯构件。
二次钢梁的强度要求
吊挂的畜禽屠体,轨道及设备固定在二次钢梁的下翼缘,其中有的钢梁集中荷载(最不利工况)达101多,因此,按照跨度及荷载大小的不同,应对二次钢梁分别进行计算,以满足强度的要求。
二次钢梁可根据具体情况选择H型钢或工字钢,按照钢结构的设计规范进行设计计算。跨度较大的二次钢梁需要拼接,无论采用焊缝连接还是螺栓连接,都要通过计算出具结构大样,标明焊缝长度、宽度和高度,螺栓数量和规格,施工操作时要按检验批规定进行检测,检查施工质量是否符合设计要求。
钢结构的连接材料手工焊接采用的焊条,应符合《碳钢焊条》或《低合金钢焊条》的要求,选择的焊条型号应与主体金属力学性能相适应。对直接承受动力荷载或振动荷载的结构,宜采用低氢型焊条。普通螺栓应符合《六角头螺栓》的要求。高强度螺栓应符合《钢结构用高强度大六角头螺栓》、《钢结构用高强度大六角螺母》的要求。圆柱头焊钉(栓钉)连接件的材料应符合标准《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》的要求。铆钉应采用《标准件用碳素钢热轧圆铜》中的BL2或BL3号钢制成。
焊接连接焊缝质量等级与其受力情况有关,受拉焊缝的质量等级要高于受压或受剪的焊缝;受动力荷载的焊缝质量等级要高于受静力荷载的焊缝。凡对接焊缝,除非作为角焊缝考虑的部分熔透的焊缝外,一般都要求熔透并与母材等强,并需要进行无损探伤。对接焊缝的质量等级:受拉时应不低于二级;受压时宜为二级。需要计算疲劳的构件,对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝,其质量等级:受拉时应为一级;受压时应为二级。角焊缝一般不进行无损探伤,但对外观缺陷等级可按实际需要选用二级或三级。
螺栓和铆钉连接应确保普通螺栓或铆钉的杆轴不致在剪力和拉力联合作用下被破坏。承压型连接高强螺栓的预拉力与摩擦型连接高强螺栓相同。因高强螺栓承压型连接的剪切变形比摩擦型大,只适于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构中。
每一杆件在节点以及拼接接头的一端,螺栓或铆钉数量不宜少于两个。摩擦型连接的高强螺栓的孔径比螺栓公称直径大1.5-2.0mm;承压型连接的高强螺栓的孔径比螺栓公称直径大1.0-1.5mm。
二次钢梁的刚度要求
进口设备对轨道的平整度要求较高,要求轨道标高的相对误差不超过±5mm,因此对二次钢梁的变形提出了高要求。钢结构设计时需对二次钢梁进行变形验算,冷库建造如变形值超过进口设备的要求时,可用两种方法解决:一是加大二次钢梁的断面;二是设置二次钢梁的吊点,将部分荷载通过吊点传递到屋面结构的梁上。究竟采用哪种方法,需要进行技术经济分析,采用建筑成本低廉的办法。在二次钢梁下方增加钢柱支撑的方法不可取,因为该支柱影响工艺生产,还影响了建筑美观。
二次钢梁的构造要求
支承二次钢梁的牛腿有钢牛腿和钢筋砼牛腿两种。钢牛腿采用预埋钢板和钢板焊接而成,由于钢牛腿容易生锈,锈水污染食品不符合食品卫生要求,同时成本较高,现已很少采用。钢筋砼牛腿连同框架柱同时设计,同时施工,它克服了钢牛腿的缺点,目前较为常用。
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