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单层钢结构工业厂房结构设计探讨

更新时间:2020-06-23 08:48:10

近年来,世界各地频繁发生地震,造成房屋倒塌、人员伤亡和财产损失,这使我们深刻认识到在建筑设计中,特别是作为结构设计工程师,充分考虑抗震的重要性。但由于地震的复杂性和不确定性,用现有的科学技术手段很难全面掌握地震的发生规律。因此,分析单层工业厂房在地震中的破坏现象及其破坏原因,对震后恢复重建具有重要的现实意义和指导价值,可为今后的结构设计提供参考。以下从结构体系、构件连接等方面分析单层钢结构厂房的设计原则及应注意的问题。

1、 结构体系

单层钢结构厂房一般采用框架支撑体系,即横向设计为刚架,纵向设计为柱支撑体系。该系统经济,但立柱支撑可能影响使用功能。这种形式特别适用于纵向长、横向短的单层工业厂房。

与钢筋混凝土建筑一样,钢结构厂房也应遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的基本抗震设计原则。

维修结构的损坏主要是由于拉结不足或高宽比过大造成的。在今后的设计中,应加强柱与墙的连接,调整高宽比。可采取框架、轻型挡土墙等措施,减少地震灾害。

2、 组件连接

许多学者的研究表明,焊接接头的脆性破坏主要是由焊缝质量和高的二维应力引起的。节点脆性破坏的典型模式是:脆性裂纹从梁下翼缘与柱翼缘的焊缝处以不同方式扩展,导致多种断裂模式。相关学者总结出8种裂纹形式,其中7种裂纹来源于梁柱下翼缘的相交区域,充分说明梁节点底部翼缘的焊接区域是脆性破坏的主要区域。具体的失效原因可归纳为:_,结构焊接过程中存在的问题。在焊接过程中,容易产生各种因素,包括焊缝金属冲击韧性低和焊缝缺陷等,这些都是应力集中的结果。在地震力作用下,梁柱节点的外应力值大,状态复杂。焊接部分的钢材通常处于二维应力状态,使接头焊缝截面成为结构的薄弱环节。

然而,只有当薄构件处于单轴应力状态时,才能充分发挥钢的韧性。当材料处于三维应力状态时,很难充分发挥材料的主导性能,因此在没有明显屈服现象的情况下会发生脆性破坏。其次,坡口焊缝处衬板和引弧板产生的“人工”裂纹的存在,也会使裂纹_的极限应力系数超过临界值,从而导致不稳定断裂。第三,梁柱节点处的钢筋受约束不能转动,特别是当柱翼缘板较厚时,这种约束使梁柱节点处的钢筋不能屈服,加剧了焊缝的局部高应力,同时也增加了再焊接缺陷产生裂纹的可能性。此外,还存在柱节点板面积剪切屈服变形过大、复合楼盖负影响等诸多因素。

钢框架梁柱节点的基本设计原则是,节点必须能够完全传递连接板的弯矩和剪力,充分发挥钢材的塑性性能,保证钢框架梁柱节点在地震作用下少发生甚至不发生脆性破坏。据此,将节点设计方法总结为:将塑性铰位置向外移动;处理梁翼缘焊缝衬板的缺口效应;改进结构形式和切割角度;选择冲击韧性高的焊缝;焊接梁腹板和柱。

在抗震设计中,直接满焊可能达不到要求,应采取抗震措施加以加强。目前主要的方法是将梁端的塑性铰移开,以避免梁柱节点在强震作用下的外焊缝损伤。常用的方法有:加强梁端截面;局部削弱梁截面;将狗骨式与梁端加强式结合。这些方法的目的是增加梁端的局部截面,降低局部应力,保证结构的延性破坏。但当节点局部加固时,应注意不要出现弱柱的情况,否则会违反强柱弱梁的设计原则。

3、结论

本文从结构体系和构件连接两个方面总结了单层钢结构工业厂房的抗震原理和要求。因此我们可以理解,单层工业厂房在设计时,应该从提高厂房的整体抗震性能入手,使厂房在总体上能够满足抗震要求,而不仅仅是考虑局部的零部件。随着地震作用研究的深入,抗震设计的经验总结越来越全面。近年来,许多地方发生了越来越多的地震,这使得抗震设计越来越重要,工业厂房抗震设计的发展前景将更加广阔。

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