单层厂房钢结构一般是由屋架、牛腿、柱、吊车梁、制动梁(或桁架)、檩条、天窗架、各种支撑、墙架等组成的空间结构。
这些部件按照其功能可分为以下系统:
(1)横向平面框架——是厂房的基本承重结构,由柱、梁(屋架)组成。承受作用在厂房上的横向水平荷载和垂直荷载,并传递给基础。 (2)纵向平面框架——由柱、支架、吊车梁和柱间支撑组成。其作用是保证厂房框架纵向不变形和刚度,承受纵向水平荷载(起重机纵向制动力、纵向风力等)并传递给基础。 (3)屋面系统——由檩条、天窗架、屋架、支架和屋面支撑组成。 (4)吊车梁、制动梁——主要承受起重机的垂直和水平荷载,并传递给横向框架和纵向框架。 (5)支撑——包括屋面支撑、柱间支撑和其他附加支撑。 其作用是将各平面框架连接成一个空间体系,以保证结构有必要的刚度和稳定性。还具有承受风力和起重机制动力的作用。(6)墙架——承受墙体的重量和风力。
此外,还有一些小部件,例如工作平台,梯子,门窗等。
整个厂房钢结构各构件用钢量占总用钢量的比例大致如表所示。
厂房单位面积钢材消耗量是评价设计经济合理性的重要指标,各类厂房建筑单位面积钢材消耗量统计值见下表。
列类型
根据结构形式,柱可分为:等截面柱、阶梯形柱。
柱按其截面形式分为实心柱和格构柱。
根据结构内力的边界条件,柱脚可分为铰接柱脚和刚固柱脚两大类。铰接柱脚只传递竖向荷载和水平荷载,刚固柱脚除传递竖向荷载和水平荷载外,还传递弯矩。刚固柱脚按其结构形式可分为外露柱脚、内嵌或插入式柱脚、外包裹式柱脚三种。按柱脚的结构形式可分为整体式柱脚和分离式柱脚。
钢柱安装方法一般有三种钢结构屋面水平支撑,即钢垫块方案、座浆垫方案、调平螺母加调平钢板方案。
现场组件组装
部件组装是将若干个分段部件或单件按设计要求在地面组装成一个完整的部件或部件组合的过程。
(1)单件组装
1).钢柱组装
大型钢柱通常采用变截面或肩梁分段运输,现场组装后通过焊接或高强度螺栓连接成整柱进行吊装。
首先在轴线上搭设拼装架,将钢柱下节吊装到架上,调平、确定中心线,再将柱上节吊装到连接点,将两节柱的插入端对准、拼接到位,仔细校对柱的中心轴线和长度钢结构屋面水平支撑,然后按图纸要求焊接或用高强度螺栓固定。
2).钢屋架及天窗框架的组装
一般采用平拼装法,即在拼装平台上将分块构件平整拼装。如起重机性能允许,也可将天窗架与屋架构件拼装成一体。拼装钢桁架时,必须严格控制跨度误差和扭曲,使其不超过允许值。翻转桁架时,为防止变形,应确定合理的吊挂点,必要时应进行临时加固。
对于有天窗的大跨度屋架或高度较大的屋架,应采用竖向拼装方式,因为此类屋架翻转难度较大。
(1)部件组装
当有大型起重机械且条件允许的情况下,可将多个构件在地面拼装成稳定的单元块进行整体吊装,减少高空作业,便于安全施工,提高工效,保证构件吊装的稳定性。例如拼装两块屋架及斜撑,拼装斜桥架、连廊桁架等。
构件的组装在安装现场进行,组装位置必须在安装起重机的范围内。组装项目及规模需根据起重机的性能、构件的强度、刚度、稳定性以及施工环境等因素确定。
(1)柱底板下设置的支座垫,应符合下列要求:
a.柱脚底板加劲肋下方靠近地脚螺栓处应设置垫块,每个地脚螺栓侧应设置一至两组垫块,垫块与基础面应平整、紧密接触,垫块应在第二次浇筑混凝土前点焊。
b.每组垫块叠放不宜超过5块,且垫块应露出柱底座10~30mm。
c.垫块应紧贴基础面并稳定,其面积应根据基础抗压强度、柱脚板第二次浇筑前柱底所受荷载、地脚螺栓紧固预紧力等因素确定。
d.垫块边缘应清除氧化铁渣、毛刺,各垫块应紧密贴合,每组垫块应能承受载荷。
e.采用成对斜垫板时,两垫板倾斜度应相同,且搭接长度不应小于垫板长度的2/3。
(2)座垫的使用应符合下列要求:
a.泥浆垫的设置位置、数量、面积应符合设计和现行规范的要求;
b.根据实测柱底至牛腿的距离,确定各基础垫块顶部标高,座垫的标高、水平度及定位允许偏差应符合下表的规定。
c.使用砂浆垫块时,应采用无收缩砂浆,柱吊前砂浆试块强度应比基础混凝土强度高一级。
Ÿ 泥浆垫施工示意图
立柱安装
(1)立柱安装前应设置高程观测点及中心线标记。同一工程的观测点及标记设置应一致,并应符合下列规定:
1).高程观测点的设置应符合下列规定:
Ÿ高程观测点应以牛腿(肩梁)支撑面为基准,设置在柱上便于观察的位置;
Ÿ无牛腿(肩梁)的柱,应以柱顶与桁架连接处最上端安装孔的中心为参考。
2).中心线标线的设置应符合下列规定:
Ÿ在柱底板上表面沿行方向设有中心标记,在列方向各侧也设有中心标记;
Ÿ柱面上沿行、柱方向均设中心线,各中心线在柱的底部、中部(牛腿或肩梁)、顶部各设一个中心标;
Ÿ 双牛腿柱在两柱表面沿线方向均设中心标记。
(2)安装多节柱时,应拼装成整体进行吊装。 (3)钢柱的安装与矫正,应符合下列规定:
1).应消除因侧面受阳光照射而产生的偏差;
2).柱的垂直度偏差应根据气温(季节)变化进行控制,并应符合下列规定:
Ÿ应以各伸缩节段有柱间支撑的柱为基准(垂直度校正接近于“0”),沿线方向多跨厂房应以两根与屋架刚性连接的柱为基准;
Ÿ当气温高于平均气温(夏季)时,其余立柱应向参考点的相反方向倾斜;
Ÿ当气温低于平均气温(冬季)时,其余柱子应向参考点倾斜;
Ÿ柱倾斜值应根据施工时气温与平均气温的温差和构件(吊车梁、垂直支撑和屋架等)的跨度或参考点距离确定。
3)柱安装的允许偏差应符合下表的规定,吊车梁、屋架安装完毕,吊车梁调整固定后,应重新测量柱,对超过允许偏差的偏差应进行调整。
(4)对于长细比较大的柱,吊装后应加设临时固定措施。 (5)柱间支撑安装应在柱对正后进行,在保证柱的垂直度的情况下安装柱间支撑,支撑不得弯曲。
(6)起吊方法
对于重型工业厂房中的大型钢柱,可以是单台、双台或三台起重机,具体取决于起重机的配置和现场条件。
1).转体法:钢柱运到现场后,用起重机绕柱脚旋转吊起柱子。
2).滑行法:采用单吊或双吊车吊运钢柱,吊车只起吊吊钩,钢柱脚滑行吊运钢柱,为减少钢柱脚与地面的摩擦力,需在柱脚下铺设滑行轨道。
3)运送方式:两台机起吊,为减少钢柱脚与地面的摩擦力,其中一台机为辅机,吊点选在钢柱下方。吊柱时配合主机吊钩起吊,主机起吊时,辅机需移动或旋转。运送过程中,辅机承担部分载荷,将钢柱脚运送至柱基础,辅机脱钩卸荷,此时主机满载,柱就位。
屋面系统结构安装
(1)屋架安装应在立柱校准符合要求后进行。 (2)对于分段运输的大型屋架,现场拼装应符合下列要求:
a.现场组装的平台支撑点高差不应大于L/1000,且不应大于10mm(L为支撑点间距离);
b.零部件应按照制造单元的编号和顺序进行组装,不得随意更换;
c.桁架拼装时,应先用临时螺栓、钉子固定,同时进行腹杆连接,经检查达到桁架尺寸允许偏差后,方可进行节点的永久连接。
(3)屋盖系统结构经扩建、吊装后方可进行组装,扩建、组装单元宜自成体系或经加固,形成具有空间刚度的结构体系。 (4)扩建、组装屋盖系统结构应符合下列规定:
a.放大装配应在装配架上进行,装配架应具有足够的刚性,可在装配架上设置标准定位治具,装配架应移动方便;
b.结构扩装后的操作偏差应符合下表的规定。
(5)屋盖系统结构的吊装,应符合下列规定:
a.构件吊装前,可在构件上安装安全网、脚手架、临时栏杆等施工设施;
b.一、二级屋架及各跨构件组成的结构单元,是其他屋盖结构安装的基础,其安装质量标准应适当提高;
c.纵、横向屋面支撑、檩条(梁)及屋面角撑的安装,应在价位调齐后进行。角撑的安装应在屋面两侧对称,并应自由调齐。
d.采用支架且顶部有重型屋盖的屋盖结构,应在屋盖吊装前将同一柱内的所有屋盖结构构件连接固定好。
e.天窗框架即可组装在屋架上,并一起吊起。
屋面系统结构安装的允许偏差应符合下表的规定。
围护系统结构安装(1)柱的安装应与基础连接,如无基础,应采取临时支撑措施,保证柱按要求对中。当柱设计悬挂在其他结构上(如吊车梁辅助桁架等)时,安装不应使悬挂结构超过允许偏差。(2)墙檩条等构件的安装,应在柱调整就位后进行,柱安装的允许偏差应符合主柱的规定。墙檩条安装后,应用拉杆、螺栓调整直度,其允许偏差应符合下表的规定。(3)围护结构可在地面组装,然后组合拼装,柱间整栋厂房可作为一个组合单元。
平台、梯子、扶手的安装 (1)钢平台、梯子、扶手的安装应符合国家标准《固定直钢梯》(GB4053.1)、《固定斜钢梯》(GB4053.2)、《固定护栏》(GB4053.3)、《固定钢平台》(GB4053.4)的规定。 (2)平台钢板应铺设平整,紧靠基础梁或框架,连接牢固,表面有防滑措施。 (3)扶手安装连接应牢固可靠,扶手转角应圆滑。 (4)平台、梯子、扶手安装的允许偏差应符合下表的规定。 (5)梯子、平台、扶手应与主体构件同时安装。