房屋建筑构造轻钢工业厂房的构造ppt课件.ppt

第14章 轻钢工业厂房的构造,本章要点：1.了解轻钢厂房的特点、组成。2.了解轻钢厂房的材料。3.理解一般轻钢厂房的建筑构造。4.理解一般轻钢厂房的结构构造。,14.1 概述,14.1.1 轻钢工业厂房的特点轻钢工业厂房即轻型门式钢刚架工业厂房在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。近十多年来得到迅速的发展，目前国内每年有上千万平方米的轻钢工业厂房竣工，投入使用。相对于钢筋混凝土结构工业厂房而言，轻型门式钢刚架工业厂房具有以下特点：1.施工速度快 由于轻型门式钢刚架厂房构造相对简单，构件加工制作工厂化，现场安装预制装配化程度高。2.自重轻 屋面、墙面采用压型钢板及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量轻；承重结构门式钢架轻；基础小。3.绿色环保 由于钢材可以回收利用，厂房也可搬迁重复利用，是绿色环保建筑。,14.1.2轻钢工业厂房的组成,1.门式钢刚架 门式钢刚架是用焊接H型钢（等截面或变截面）、热轧H型钢（等截面）构成的结构作为主要承重骨架。2.檩条、墙梁 用冷弯薄壁型钢（C型、Z型）做檩条、墙梁；将屋面、墙面所受荷载通过檩条、墙梁传给门式刚架。3.屋面板、墙板 以压型钢板做屋面、墙面；当需要保温时，采用内外两层压型钢板，中间放置聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、玻璃丝棉等作为保温隔热材料。在多数轻钢工业厂房中，为防止对墙面的机械碰撞，在标高1.2米以下的墙体做成砖墙。4.支撑、系杆 由于轻型门式钢刚架工业厂房纵向结构刚度较弱，需要沿轻型门式钢刚架工业厂房的纵向设置支撑、系杆以增加纵向结构刚。同时，支撑、系杆还能将作用在建筑物纵向上的风、起重机、地震等荷载从其作用点传到柱基础，最后传到地基。5.基础 门式刚架结构的基础一般采用钢筋混凝土独立基础，钢架与基础用锚栓连接。,图14-1轻钢工业厂房的组成,14.2 轻钢工业厂房的材料,14.2.1轻钢结构用钢材 轻钢结构用钢材的类型有：普通碳素结构钢、低合金结构钢、高强度钢、耐火耐候钢等。其中，普通碳素结构钢和低合金结构钢使用最为普遍。1.普通碳素结构钢 普通碳素结构钢的牌号按屈服强度等级表示方式为Q235。按钢材质量等级可分为A、 B、C、 D四个等级，由A到D表示质量等级由低到高。例如：Q235 B表示为屈服强度等级是235N/mm2，质量等级为B。2.低合金结构钢 低合金结构钢，是在碳素结构钢中添加一种或几种少量的合金元素（各合金元素的总含量小于5%），从而提高其强度、耐腐蚀性和低温冲击韧性。低合金结构钢的含碳量一般较低（小于0.2%），以便于钢材的加工和焊接。低合金结构钢的牌号按屈服强度等级表示方式为Q345。钢材质量等级分为A、B、C、D、E五个等级，由A到E表示质量由低到高。例如Q345 B表示为屈服强度等级是345N/mm2，质量等级为B。,表14-1 结构钢的表示方法,14.2.2轻钢结构用钢材的规格,轻钢结构所用的钢材主要为热轧成型的钢板和型钢、冷弯成型的薄壁型钢等。 1.钢板 钢板主要有厚钢板、薄钢板和扁钢（带钢）。 厚钢板：厚度560 mm，宽度6003000 mm，长度412m； 薄钢板：厚度0-44mm，宽度5001500 mm，长度0.54 m ; 扁钢：厚度3 60 mm，宽度10 200 mm，长度39 m 。 厚钢板主要用于焊接钢刚架构件的腹板、翼缘和节点板；薄钢板主要用于制造冷弯薄壁型钢；扁钢可用于焊接钢刚架构件的翼缘、节点板等。2H型钢 轻钢钢刚架常用热轧H型截面钢制作。热轧H型截面钢的规格见表14-2。,表14-2 宽、中、窄H型钢的规格,3 薄壁型钢,薄壁型钢的截面尺寸按合理方案设计，能充分发挥钢材的强度、节约钢材。薄壁型钢的壁厚一般为1.55 mm，但承重构件的壁厚不宜小于2 mm。常用薄壁型钢截面有卷边C型钢、Z型钢等。轻型钢结构中的檩条、墙梁一般采用卷边C型钢、Z型钢，如图14-2所示。图14-2 檩条的截面形式（a）C型钢 （b）Z型钢,14.2.3连接材料,1.焊接连接 焊接是轻型钢结构的主要连接方法，焊接连接是通过电弧产生的热量使焊条、焊件局部熔化，经冷却连为一体。焊接的方法有：手工电弧焊、自动或半自动电弧焊和气体保护焊等。手工电弧焊是手工焊接中最常用的方法，它是由电焊机、电线、焊钳、焊条和焊件组成。打火引弧后，焊条与焊件接触很快形成短路，强大的电流激发电弧，电弧温度很高（1600oC左右），使焊条与焊件熔化，滴落在焊件的熔池中，经冷却后融为一体。如图14-3所示,选择焊条时，应与钢材相匹配，当焊接碳素钢Q235时，采用E43系列焊条；当焊接低合金钢Q345时，采用E50系列焊条；当焊接碳素钢Q235和低合金钢Q345两种强度等级不同的钢材时，按强度等级低的钢材选用焊条，采用E43系列焊条。E43：E表示焊条，后面两位数表示熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为kgf/mm2 ）。焊接材料匹配见表14-3。,表14-3焊接材料匹配表,注：1.带括号的牌号宜用于直接承受动力荷载的重级工作制吊车梁或类似构件。 2.两种牌号钢材焊接时，焊接材料牌号可按与强度较低的钢号相匹配来选用。,焊接的优点较多，焊件一般不设连接板而直接连接，不削弱截面，构造简单，施工方便，生产效率高。焊缝的构造按连接件的相对位置来分有：对接接头、搭接接头、T形接头、角接接头。如图14-4所示。,图14-4 焊件接头形式(a)对接 (b)搭接 (c)T形连接 (d)角接,按焊缝本身的截面形式来分有：对接焊缝和角焊缝。如图14-5所示。图14-5 焊缝的形式1.对接正焊缝 2.对接斜焊缝 3.正面角焊缝 4.斜面角焊缝,2.螺栓连接,螺栓连接也是轻钢结构现场连接的主要方式。与现场焊接的连接方式比较，螺栓连接具有施工速度快，不受施工条件、施工天气的影响等优点，且容易保证施工质量。但螺栓连接的成本较高。螺栓等级的表示方法是采用螺栓杆的强度等级，其强度等级中的小数点前的数字表示热处理后的抗拉强度，小数点及其以后的数字表示其屈强比。例如，材料性能等级为8.8级的螺栓，其螺栓杆抗拉强度不小于800 N/mm2，屈强比为0.8。 螺栓分为普通螺栓和高强螺栓两种。,（1）普通螺栓,一般采用符合现行国家标准碳素结构钢的Q235A级钢制作。常用的螺栓直径有12 mm、 14 mm、16 mm、18 mm、20 mm。普通螺栓分为A级螺栓、B级螺栓和C级螺栓。按材料性能等级可分为4.6级、4.8级、5.6级和8.8级。 C级螺栓表面不经特别加工，螺栓孔的直径一般比螺栓杆直径大1.5 - 2.0mm。由于螺栓杆与孔之间存在较大的空隙，当传递剪力时，连接变形较大，故工作性能较差，适用于不直接承受动力荷载的次要连接、临时固定和可拆卸结构的连接等。 A级、B级螺栓螺杆直径与螺栓孔直径相同，对成孔质量要求较高，因此，一般钢结构中很少采用，主要用于机械设备之中。,（2）高强螺栓,一般采用45号钢、40Cr, 40B或20MnTiB等钢制作，高强螺栓有抗剪型和大六角头型两种，这两种螺栓的性能都是可靠的，在设计中可以通用，但其抗剪受力特性有所不同。高强螺栓的等级和材料选用见表14-4。,表14-4 高强螺栓的等级和材料选用表,根据受力特性，高强螺栓也可分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓：摩擦型高强螺栓通过连接板间的摩擦力来传递剪力，按板层间出现滑动作为其承载能力的极限状态。摩擦型高强螺栓适用于重要的结构和承受动力荷载的结构，以及可能出现反向内力构件的连接，其孔径比螺栓的公称直径大1.52.0 mm。 承压型高强螺栓不以连接板间出现滑动作为正常使用的极限状态，而以连接的破坏（螺栓或板件的破坏）作为其承载能力的极限状态。承压型高强螺栓的计算方法和构造要求与普通螺栓相同，可用于允许产生少量滑移的承受静荷载结构或间接承受动力荷载的构件。当允许在某一方向产生较大滑移时，可以采用长圆孔；当为圆孔时，其孔径比螺栓的公称直径大1.52.0 mm。,以上两种高强螺栓，除了在设计计算时考虑和孔径方面有所不同外，在材料、预拉力、接触面的处理以及施工要求等方面均无差异。高强螺栓按材料性能等级可分为8.8级和10.9级两种，其中10.9级具有更高的受力性能，在钢结构连接中最为常用。,3.自攻螺丝,自攻螺丝是一种带有钻头的螺丝，通过专用的电动工具施工，钻孔、攻丝、固定和锁紧一次完成。自攻螺丝主要用于一些较薄板件的连接与固定，如彩钢板与彩钢板的连接、彩钢板与凛条、彩钢板与墙梁的连接等，其穿透能力一般不超过6 mm，最大不超过12 mm。自攻螺丝常常暴露在室外，自身有很强的耐腐蚀能力；其橡胶密封圈能保证螺丝处不渗水且具有良好的耐腐蚀性。自攻螺丝通常用螺钉直径级数、每英寸长度螺纹数量及螺杆长度三个参数来描述。螺钉直径级数有10级和12级两种，其对应螺钉直径分别为4.87 mm和5.43 mm；每英寸长度螺纹数量有14, 16, 24三种级别，每英寸长度螺纹数量越多，其自钻能力越强。此外，构件连接方式还有单向固定螺栓、单向连接螺栓、连接螺栓、钩螺栓、拉铆钉等，如图14-6所示。,图14-6 螺栓的形式(a)单向固定螺栓 (b)单向连接螺栓 (c)连接螺栓(d)自攻丝 (e)钩螺栓 (f)拉铆钉,4.锚栓,锚栓用于上部钢结构与下部基础的连接，承受柱弯矩在柱脚底板与基础间产生的拉力，剪力由柱底板与基础顶面之间的摩擦力抵抗，若摩擦力不足以抵抗剪力，则需要在柱底板上焊接抗剪键以增大抗剪能力。设计时不考虑锚栓的抗剪能力。锚栓一端埋入混凝土中，埋入的长度要以混凝土对锚栓的握裹力不小于其自身强度为原则，所以对于不同的混凝土强度等级和锚栓强度，所需最小埋入长度也不一样。为了增加握裹力，对于直径39mm以下的锚栓，需将其下端弯成L形，弯钩的长度为4D（D-锚栓直径）；对于直径39以上的锚栓，因其直径过大不便于折弯，则在其下端焊接锚固板。如图14-7所示。,图14-7 锚栓的形式(a)弯钩式 (b)(c)锚板式,14.2.3密封材料,在轻型钢结构中，屋面一般采用波形高、排水性能好的压型钢板，但在板材接缝、天沟、山墙及一些出屋面的洞口等处仍是屋面漏水的主要部位。防止屋面漏水的措施除了保证压型钢板之间有足够的搭接长度外，还需采用防水密封胶和防水密封胶条进行密封防水。 常用的密封胶有：有机硅建筑密封膏、聚硫密封膏、聚氨酯弹性密封膏、氯化丁基定型密封胶等。,14.2.4涂装防腐材料,近年来，轻钢结构涂装防腐材料已逐渐从醇酸漆、丙稀酸漆、聚氨酯漆发展到高性能的氟碳漆，防腐年限从12年、45年、68年延长到25年以上。轻钢结构涂装防腐一般按下列步骤进行,1.基面清理 油漆涂刷前，应将需涂装的部位清除铁锈。 除锈方法由人工除锈和喷砂除锈。人工除锈是由人工用一些比较简单的工具，如刮刀、砂轮、砂布、钢丝刷等，清除钢构件上的铁锈。这种方法工作效率低，劳动条件差，除锈也不彻底。 喷砂除锈，它是利用压缩空气的压力，连续不断地用石英砂或铁砂冲击钢构件的表面，把钢材表面的铁锈、油污等杂物清理干净，露出金属钢材本色的一种除锈方法。这种方法效率高，除锈彻底，是比较先进的除锈工艺。,2.底漆涂装 调合红丹防锈漆，控制油漆的粘度、稠稀度。兑制时应充分的搅拌，使油漆色泽、粘度均匀一致。 刷第一层底漆时涂刷方向应该一致，接槎整齐。待第一遍刷完后，应保持一定的时间间隙，待第一遍干燥后，再刷第二遍，第二遍涂刷方向应与第一遍涂刷方向垂直，这样会使漆膜厚度均匀一致。,3.面漆涂装 建筑钢结构涂装底漆与面漆一般中间间隙时间较长。钢构件涂装防锈漆后送到工地去组装，组装结束后才统一涂装面漆。这样在涂装面漆前需对钢结构表面进行清理，清除安装焊缝焊药，对烧去或碰去漆的构件，还应事先补漆。 面漆的调制应选择颜色完全一致的面漆，兑制的稀料应合适，面漆使用前应充分搅拌，保持色泽均匀。其工作粘度、稠度应保证涂装时不流坠，不显刷纹。但是采用喷涂时，一般涂层厚度较薄，故应多喷几遍，每层喷涂时应待上层漆膜已经干燥时再进行。,14.2.4围护结构板材的类型,轻钢结构厂房的屋面和墙面是由彩色压型钢板（简称为彩钢板或压型板）、保温隔热层组成的围护结构。 彩色压型钢板采用热涂锌钢板或彩色涂锌钢板，经辊压冷弯成各种波形，具有轻质、高强、抗震、防火、施工方便、美观等优点。彩钢板很薄，包括涂层在内，厚度也仅为0.5 - 0.6 mm左右。彩钢板按波形截面可分为：高波板，波高大于75mm，宜用作屋面板；中波板，波高5075mm，宜用作楼面板和中小跨度的屋面板；低波板，波高小于50mm，宜用作墙面板。如图14-8所示。,图14-8 彩钢板的形式(a)高波板 (b)中波板 (c)低波板,1.工厂复合保温板 工厂复合保温板，也称复合板或夹芯板，是由内外两层彩钢板作面层，外层采用高波纹彩钢板，内层采用低波纹彩钢板，自熄性聚苯乙烯泡沫等作芯材，通过高强度粘合剂粘合而成的板材，如图14-9所示。,图14-9 工厂复合保温板(a)企口插入式 (b)工字铝连接式,一般情况下复合板都在工厂进行制作，充分体现钢结构工厂制作、工地安装这一优点，尽量减少现场安装工作量。但在有些情况下，须采用现场复合保温板。,2.现场复合保温板 是由内外两层彩钢板作面层，外层采用高波纹彩钢板，内层采用低波纹彩钢板，固定在檩条（墙梁）两侧，中间填充玻璃丝棉或岩棉作保温，如图14-10所示。,图14-10 现场复合保温板,现场复合保温板与工厂复合保温板比较有以下的特点：檩条不外露，整个厂房内部显得比较整齐；内外金属板之间还存在一定的空隙，保温效果更好；由于屋面板是现场辊压冷弯成各种波形，板长不受限制，防水效果好。但由于现场复合工作量大，施工难度大。,14.3轻钢工业厂房的建筑构造,轻钢工业厂房的外墙和屋顶是用彩色压型钢板、檩条和保温材料组成。彩钢复合保温板分为现场复合保温板和工厂复合保温板。由于现场复合保温板内外两层层用彩钢板，固定在檩条（墙梁）两侧，中间填充玻璃丝棉或岩棉作保温材料。与工厂复合保温板相比有檩条不外露，整个厂房内部整齐美观；保温效果好；屋面板采用现场辊压冷弯，板长不受限制，防水效果好的优点得到广泛的应用，本节主要介绍现场复合保温板的建筑构造。,14.3.1彩钢板和彩钢板的暗扣式连接,为防止屋面漏水问题，彩钢板和彩钢板之间的侧缝采用暗扣式连接。这种连接方式是在现场将彩钢板用咬边机将其连接在一起，由于没有孔洞，因此不会漏水。如图14-11,图14-11 彩钢板暗扣式连接(a)连接前 (b)连接后,14.3.2彩钢板和檩条的连接,彩钢板和檩条一般通过固定支架进行连接，这种固定支架用自攻丝固定在檩条上。这种固定支架可防止彩钢板接缝两侧的发生错动，又允许由于气候的影响彩钢板热胀冷缩时沿板长方向的移动。如图14-12。,图14-12 彩钢板和檩条连接,14.3.3外墙构造,轻钢结构厂房的外墙，一般标高1.2米以下，为防止机械碰撞采用砖墙，标高1.2米以上采用彩钢板。彩钢板外墙构造力求简单，施工方便，与墙梁连接可靠，转角等细部构造应有足够的搭接长度，以保证防水效果。图14-13为外墙转角构造。,图14-13 外墙包角,图14-14 窗户包角(a)窗顶 窗台包角 (b)窗框包角 (c)砖窗台包角,图14-15为彩钢板与砖墙连接构造,图14-16为雨篷构造,14.3.4屋顶构造,轻钢结构厂房彩钢板屋顶应满足防水、保温、隔热的要求。有时，需要设置平天窗解决采光问题；设置通风器满足通风要求。,图14-17为山墙与屋顶处连接构造。,图14-18为女儿墙泛水构造,图14-19为檐沟构造。,图14-20为内天沟构造。,图14-21为屋脊节点构造。,图14-22为屋顶采光带构造,图14-23为通风器出屋顶构造,图14-24为管道出屋顶构造。,图14-25为屋顶变形缝构造,14.4轻钢工业厂房的结构构造,在轻钢工业厂房中，结构形式一般采用平面门式钢刚架承重。在纵向通过设置支撑、系杆、檩条、墙梁、隅撑、拉条等与门式钢刚架组成空间结构。如图14-26。,如图14-26 轻钢工业厂房的结构构造,14.4.1轻钢门式刚架 图14-27轻钢门式钢刚架结构形式和计算简图,门式钢刚架的梁多采用焊接H形变截面构件，可做成2个、4个或6个安装单元。门式钢刚架的柱多采用焊接H形变截面构件或采用H型钢，1个柱是1个安装单元。安装单元内部采用焊接，安装单元和安装单元之间采用高强螺栓连接。图14-28是一个门式钢刚架的构造详图。,图14-28 门式钢刚架的构造详图。,当无吊车时，柱脚可与基础采用铰接，当有吊车时，柱脚可与基础采用刚接。如图14-29。,如图14-29 柱脚的铰接和刚接(a)( b) 铰接 (c）(d) 刚接,14.4.2 支撑,门式钢刚架的支撑分为柱间支撑和屋面支撑。,1.柱间支撑,柱间支撑一般设在厂房两端的第一个开间，当设在第二个开间时，在第一个开间相应位置增加刚性系杆。柱间支撑的间距，当无吊车时，一般为3045米，柱间支撑的材料一般采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑（柔性支撑），如图14- 30 。,如图14- 30柱间柔性支撑,当有吊车时，柱间支撑宜设在温度区段的中部，且间距不宜大于60米，柱间支撑材料一般采用刚性支撑。如角钢支撑。如图14- 31 。,如图14- 31 柱间刚性支撑,2.屋面支撑,在设置柱间支撑的开间应设置屋面支撑。屋面支撑一般采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。如图14-32。,如图14-32屋面支撑,3.刚性系杆,在柱顶、屋脊应沿厂房全长设置刚性系杆，刚性系杆的构造如图14-33。,图14-33 刚性系杆的构造,图14-34刚性系杆与钢柱连接。,图14-34刚性系杆与钢柱连接,14.4.3屋面檩条、拉条和隅撑,檩条采用檩托与钢架连接。当檩条跨度大于6米时，在檩条三分点处各设一道拉条。每隔一根檩条需设置隅撑与钢架连接，如图14-36。,如图14-36 屋面檩条、拉条和隅撑,14.4.4墙面墙梁、拉条和门柱,墙梁的构造与檩条相同，墙梁的布置应考虑门窗的位置。如图14-37。,图14-37墙面墙梁、拉条和门柱,本章小结,本章主要介绍轻钢厂房的特点和组成；结构用钢材Q235和Q345；型钢包括H型钢、C型钢、Z型钢；连接方式分为焊接、高强螺栓连接；彩钢板分为高波板、中波板和低波板；夹芯板分为工厂复合板和现场复合板。轻钢厂房的建筑构造包括： 彩钢板和彩钢板的暗扣式连接、彩钢板和檩条的连接、外墙转角构造、窗户包角构造、彩钢板与砖墙连接构造、雨篷构造、山墙与屋顶处连接构造、女儿墙泛水构造、檐沟构造、内天沟构造、屋脊节点构造、屋顶采光带构造、通风器出屋顶构造、管道出屋顶构造和屋顶变形缝构造。轻钢厂房的结构构造包括：门式钢刚架的构造、柱间支撑、屋面支撑、刚性系杆、檩条、拉条、隅撑和门柱。,复习思考题,1.轻钢厂房的特点是什么？2.轻钢厂房有哪几部分组成？3.墙面用彩钢板和屋面用彩钢板有什么不同？4.工厂复合板和现场复合板各有什么优缺点？5.轻钢厂房的建筑构造包括那些？6.门式钢刚架的分为为几部分？各部分之间怎样连接？7.轻钢厂房的结构构造包括那些？,