【摘要】隨著各項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展，很多廠房在建設(shè)過程中都應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)作為建筑的主體結(jié)構(gòu)，而在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容是連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，在鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過程中，保證設(shè)計(jì)的合理性，對于廠房的建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益及運(yùn)行質(zhì)量都有著非常重要的影響，本文就結(jié)合某廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)例，對其主廠房的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單分析，并結(jié)合連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則，對其各連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單分析。
【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；主廠房連接節(jié)點(diǎn)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；探究
在一些大型廠房的建造過程中，鋼結(jié)構(gòu)由于具有綜合經(jīng)濟(jì)效益高、污染小、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，在廠房的建設(shè)過程中具有非常廣泛的應(yīng)用，在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)、建設(shè)過程中，對其連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)非常的重要，這會(huì)對整個(gè)廠房的建造質(zhì)量具有非常重要的影響，同時(shí)與整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)效益有直接的關(guān)系，在鋼結(jié)構(gòu)主廠房的連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過程中，需要考慮各方面的影響因素，如：構(gòu)件的拼裝節(jié)點(diǎn)、分段的確定、現(xiàn)場安裝能力、構(gòu)件的包裝、構(gòu)件的運(yùn)輸、工廠的制作能力等各方面的因素，只有對這些因素進(jìn)行綜合的考慮，才能在施工的過程中，對相關(guān)的制作、運(yùn)輸、安裝工作進(jìn)行合理的規(guī)劃。
1 工程實(shí)例中的廠房結(jié)構(gòu)分析
本次研究中，將某電廠的廠房建造工程作為工程實(shí)例來進(jìn)行分析研究，首先對該廠房的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單分析，煤倉間、除氧間、汽機(jī)房是其主廠房最主要的組成部分，其煤倉間的全長為218.4米，在其中含有22根縱向的軸線，其除氧間的的全長值為202.4米，其中含有21根縱向的軸線，其主廠房的總跨度值為57.5米，橫向的設(shè)有四排房柱，其房柱之間的間距值分別為10米、11米以及34米，主廠房中的汽機(jī)房的跨度值為34米，設(shè)計(jì)過程中，將其行車軌道的頂標(biāo)高值設(shè)為30.95米，其運(yùn)轉(zhuǎn)層的平臺(tái)標(biāo)高值為17.2米，梁及鋼柱是其平臺(tái)的主要組成部分，屋面梁、鋼支撐、鋼屋架等共同組成了其汽機(jī)屋面，其除氧間中的跨度值為10米，一共具有五層，主要是3～10軸及14～21軸。煤倉間的跨度值為14米，一共分為5層結(jié)構(gòu)，廠房中的1號(hào)機(jī)組是分布于3號(hào)至9號(hào)軸之間，而2號(hào)機(jī)組是分布于14號(hào)軸與20號(hào)軸之間，在這之間還設(shè)置有六只煤斗，為了保證廠房的穩(wěn)定性，在其10號(hào)與13號(hào)軸之間，C與D之間的軸線上設(shè)置有跨集控樓的鋼銜架。
在煤倉間的相關(guān)設(shè)計(jì)中，為了保證連接的可靠性，其所有的縱橫向的框架連接節(jié)點(diǎn)的連接方式選擇過程中，都采用的是全剛性的連接，而在A排、B排的縱向框架連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用的是鉸接連接，在汽機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)的縱橫向框架的設(shè)計(jì)過程中，其連接節(jié)點(diǎn)采用的是剛性連接的連接方式，在整體上的，樓層與框架梁、樓層梁之間的連接設(shè)計(jì)時(shí)，大多采用的是鉸接連接。在煤倉的鋼支撐設(shè)計(jì)過程中，主要應(yīng)用的是箱型截面法蘭連接，支撐節(jié)點(diǎn)、主次梁連接節(jié)點(diǎn)、梁柱連接節(jié)點(diǎn)、鋼柱對接節(jié)點(diǎn)、柱底節(jié)點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中涉及到的主要的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。
2 連接節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則
在開展節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的工作中，堅(jiān)持基本的設(shè)計(jì)原則，對于保證設(shè)計(jì)的合理性具有非常重要的作用，如在支撐節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)工作中，即便是具有較小的支撐桿件內(nèi)力，在開展連接設(shè)計(jì)的過程中，其承載力的值也應(yīng)該是支撐桿件的2倍；在進(jìn)行梁柱鉸接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)時(shí)，不管梁剪力的值有多小，在連接設(shè)計(jì)的過程中，其承載力的值應(yīng)該是梁腹板凈截面面積抗剪承載力設(shè)計(jì)值的2倍，按照拉壓對其軸力N進(jìn)行分析；在梁柱剛性節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過程中，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)需要充分的考慮梁截面抗剪及抗彎承載力，并且在設(shè)計(jì)的過程中，一項(xiàng)非常重要的工作就是要加強(qiáng)相關(guān)節(jié)點(diǎn)的抗震處理，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，軸力的取值應(yīng)該嚴(yán)格的按照相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范來進(jìn)行，這樣才能保證整個(gè)設(shè)計(jì)工作的科學(xué)、合理性。
3 鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
3.1 箱型支撐節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
從上文中的主廠房鋼結(jié)構(gòu)分析中可知，本次研究中的煤倉間的鋼支撐結(jié)構(gòu)大多采用的是箱型截面法蘭連接方式，在工程施工的過程中，應(yīng)用法蘭連接進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的連接，其中的垂直箱型支撐法蘭的安裝是具有較大難度的，這主要是因?yàn)樵诎惭b的過程中，法蘭的斜度及彎度很難依據(jù)設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行控制，并且在整個(gè)安裝過程中，想要對相關(guān)的安裝數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)控是具有較大難度，本次研究中選擇的工程實(shí)例，在施工的過程中，要求在法蘭的盤間預(yù)留出兩厘米的安裝間隙，以便于施工的過程中對箱型支撐的安裝進(jìn)行調(diào)整，或者是加墊板，另外，在進(jìn)行支撐的制作時(shí)，為了保證設(shè)計(jì)、制作尺寸的精準(zhǔn)，在CAD制圖軟件中完成制圖之后，需要應(yīng)用1:1的比例，來對其進(jìn)行實(shí)體放樣，并且要確保每兩個(gè)法蘭盤對接面的光滑，在制作的過程中，要保證安裝孔眼的偏差值能夠保持一致，所以在制作的過程中，需要相關(guān)法蘭板進(jìn)行組對的制作。
3.2 主次梁鉸接節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在主廠房鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過程中，鉸接連接是其應(yīng)用最多的連接方式，在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的初期，要對主次梁連接節(jié)點(diǎn)的連接方式進(jìn)行合理的選擇，對各種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合的考慮，通過全面的比較分析之后，確定出合理的連接方式，對于保證連接節(jié)點(diǎn)的連接性能是非常必要的。
3.3 梁柱連接節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在廠房中的煤倉的煤斗大梁工作的過程中，其承載的煤斗的重量值非常的大，達(dá)600噸之多，本次研究實(shí)例中，對其采用了箱型截面的形式，在其設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的鋼板的厚度值為45毫米，其截面尺寸的值也是非常的大的，達(dá)1800×500，在整個(gè)廠房的設(shè)計(jì)過程中，其用到的最大的鋼梁就是煤斗大梁，在施工的過程中，采用全剛性的連接，保證其與鋼柱之間的有效連接，由于該節(jié)點(diǎn)在工作的過程中，受力非常的復(fù)雜，在該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過程中，對其進(jìn)行合理的處理顯得非常的重要，在計(jì)算的過程中，腹板的連接是高強(qiáng)度螺栓，而翼板的連接是應(yīng)用焊接的形式，為了保證焊接的有效性，其焊縫的等級應(yīng)該能夠達(dá)到一級，并且焊縫是全溶透坡口焊縫，為了有效的增加節(jié)點(diǎn)處的抗彎矩能力，可以考慮將焊接面積適當(dāng)?shù)脑龃�，為了方便工程安裝，上下翼板的安裝采用現(xiàn)場安裝的形式。
在梁柱的剛接節(jié)點(diǎn)的安裝過程中，應(yīng)用的是柱帶懸臂短梁牛腿，在安裝的過程中，鋼梁與牛腿短梁之間的連接應(yīng)用的是等強(qiáng)拼接的連接方式，梁牛腿翼緣鋼柱的連接在實(shí)際的安裝過程中應(yīng)用的是完全溶透的坡口焊接，而將角焊縫連接應(yīng)用于腹板的連接中，為了保證焊縫具有良好的抗震性能，如果鋼板的厚度值超過32毫米，需要對其進(jìn)行焊前的預(yù)熱，為了消除焊接之后的殘余應(yīng)力，焊接完成之后，應(yīng)該使其進(jìn)行緩冷，柱帶懸臂短梁的焊接都在工廠中完成，這能夠有效的減少現(xiàn)場施工中的工作量，并且能夠有效的提升焊接質(zhì)量。
適當(dāng)?shù)姆糯笈Ｍ纫戆宥瞬康某叽缰�，對于梁柱連接節(jié)點(diǎn)的抗彎能力的提升具有積極的作用，但是采取這種的措施之后，會(huì)在一定程度上對施工周期造成影響，在實(shí)際的應(yīng)用中，為了提升翼緣板的抗彎性能，通常會(huì)在牛腿翼板的端部增設(shè)一塊楔形的鋼蓋板，這樣既能提升節(jié)點(diǎn)的抗彎性能，又不對施工進(jìn)度造成影響，同時(shí)還能夠有效的節(jié)省原材料的使用量，這對于工程的施工是非常必要的。
3.4 鋼柱的分段及接頭設(shè)計(jì)
由于本次研究中，選取的研究實(shí)例是電廠的大型廠房的建設(shè)，在其主廠房的建設(shè)過程中，所用到的鋼柱大多是一些超長件，這對于構(gòu)件的制作、運(yùn)輸以及安裝工作帶來了較大難度，為了保證工程施工中的構(gòu)件的供應(yīng)及使用，在實(shí)際的操作過程中，通常需要對相關(guān)的超長鋼柱進(jìn)行分段處理，具體的分段長度，需要根據(jù)現(xiàn)場的安裝條件、運(yùn)輸狀況、工廠的制作等條件來確定，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，為了保證生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝的便利性，一般選擇鋼柱的長度值小于20米，并且在鋼柱的安裝方案確定中，為了保證其連接的方便、可靠性，會(huì)將高強(qiáng)螺栓連接應(yīng)用于H型鋼柱的連接中，而對于施工過程中應(yīng)用到的箱型柱，一般會(huì)在將其運(yùn)至施工現(xiàn)場之后，再開始進(jìn)行焊接工作，為了保證鋼柱在安裝的過程中能夠保持良好的垂直度，并且能夠在使用的過程中具有較好的受力性能，在進(jìn)行分段的鋼柱的拼接時(shí)，需要對其的拼接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行斷頭銑平，并且在計(jì)算的過程中要能夠保證其接觸面具有百分之七十五的頂緊。
在對鋼柱的節(jié)點(diǎn)處的螺栓進(jìn)行計(jì)算時(shí)，將其腹板與連接柱翼緣的截面面積所具有的分擔(dān)作用處于拼接點(diǎn)中的軸心壓力的值表示為N，其柱翼緣需要同時(shí)的承擔(dān)繞強(qiáng)軸的彎矩及軸心壓力值NF，腹板在工作的過程中需要承受的壓力值有：全部的剪力V以及軸心壓力值NW，在鋼柱的節(jié)點(diǎn)螺栓的計(jì)算過程中，需要用到以上的分析值。在國家有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中，對Q345鋼材的抗滑移系數(shù)值進(jìn)行了明確的規(guī)定，要求是在經(jīng)過噴砂處理之后的摩擦面的抗滑移系數(shù)的取值應(yīng)該為0.5，但是在實(shí)際的操作過程中，如果只對相關(guān)的鋼材進(jìn)行一次噴砂處理，其摩擦面的抗滑移系數(shù)的值是很難達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)的，但是如果為了滿足這一標(biāo)準(zhǔn)，對鋼材進(jìn)行多次的噴砂處理，就會(huì)對生產(chǎn)進(jìn)度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，為了在保證節(jié)點(diǎn)處強(qiáng)度的前提下，保證施工周期，一般在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，取0.45為其摩擦面的抗滑移系數(shù)。
4 結(jié)束語
由于鋼結(jié)構(gòu)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，在很多大型的廠房中都應(yīng)用到了鋼結(jié)構(gòu)，而鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)主廠房設(shè)計(jì)、施工過程中的要點(diǎn)，本文就結(jié)合某電廠廠房的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)例，對鋼結(jié)構(gòu)主廠房的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單分析，對于鋼結(jié)構(gòu)主廠房的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的參考作用。
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