綜述重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜述重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：文章結(jié)合某生產(chǎn)車間重鋼廠房的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單介紹了此類廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從主要荷載、主要結(jié)構(gòu)布置等方面分析了重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；廠房；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工業(yè)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的性能被廣泛采用，為滿足生產(chǎn)需要，跨度大、高度大以及大噸位行車重型鋼結(jié)構(gòu)廠房不斷涌現(xiàn)。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，重型鋼結(jié)構(gòu)廠房在工業(yè)建筑中的比重越來(lái)越大，主要領(lǐng)域用于冶金、機(jī)械、船舶等工業(yè)建筑。本文結(jié)合某生產(chǎn)車間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些注意事項(xiàng)和要點(diǎn)，供類似設(shè)計(jì)中參考。1、 重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)相對(duì)于輕型門式剮架結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：1.1結(jié)構(gòu)用鋼量大。該類廠房柱距、跨度、高度一般較大。且吊車工作級(jí)別、荷載較大，因此導(dǎo)致構(gòu)件超長(zhǎng)、超寬、超重現(xiàn)象，用鋼量一般超過(guò)60kg/m2。由于該類廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量較重，且上部荷載較大，相應(yīng)基礎(chǔ)費(fèi)用也較高，同時(shí)地震反應(yīng)也較為敏感。1.2軸網(wǎng)布置不規(guī)則。受工藝條件限制，廠房柱距一般為9~12m，局部柱距由于抽柱，柱距達(dá)到24m甚至更大。1.3結(jié)構(gòu)整體剛度要求高。因吊車沖擊荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，在結(jié)構(gòu)的縱向及橫向應(yīng)提高結(jié)構(gòu)整體剛度，以減小整體結(jié)構(gòu)的震動(dòng)。1.4節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮超大、超寬、超重構(gòu)件的制造、運(yùn)輸、安裝的工藝要求，并滿足抗震構(gòu)造措施及剛性假定的規(guī)定。2、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)。2.1主要荷載廠房結(jié)構(gòu)所受到的荷載主要有豎向荷載：包括結(jié)構(gòu)自重、吊車豎向荷載、屋面活荷載及走道板活荷載；水平荷載：包括風(fēng)荷載、廠房積灰荷載，吊車水平荷載、地震荷載等。上述荷載中除一般輕型屋面自重按0.50kN/m2輸入外，其它結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算。風(fēng)荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》選用風(fēng)荷載體形系數(shù)后，由程序自動(dòng)布置。屋面活荷載取0.3kN/m2，屋面積灰荷載在水平投影面，距高爐中心50m內(nèi)取1.0kN/m2，距高爐中心50~100m時(shí)取0.5kN/m2，走道板活荷載取2.0kN/m2?；撅L(fēng)壓0.4kN/m2。吊車荷載按照廠家提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入。2.2主要結(jié)構(gòu)布置排架柱為單階柱，上階柱采用工字型實(shí)腹焊接截面柱。下階柱除承受上柱荷載外，還需承受噸位較大的吊車荷載，如果采用實(shí)腹工字型截面柱.則柱截面會(huì)很大，不經(jīng)濟(jì)，下柱采用格構(gòu)式鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)方案。充分利用了鋼管和混凝土兩種材料的力學(xué)性能，減少了柱子截面尺寸，且外形美觀。肩梁采用單腹壁肩梁。2.3屋面斜梁設(shè)計(jì)⑴撓度控制：屋面斜梁撓度限值按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)附錄A規(guī)定，[Vt](2)腹板高厚比控制：當(dāng)屋面梁軸力相對(duì)較小時(shí)?？砂础朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）4.3.1款規(guī)定，承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的組合粱宜考慮腹板屈曲后強(qiáng)度，并滿足第4.4節(jié)相關(guān)要求?？紤]腹板屈曲后強(qiáng)度的屋面斜梁腹板可以設(shè)計(jì)的較薄，且無(wú)需設(shè)置中間橫向加勁板，但考慮到腹板的焊接變形往往難以得到保證，因此重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的屋面斜梁腹板厚度不宣設(shè)計(jì)過(guò)薄，一般最小取6.0mm，且h/t不大于150。2.4柱子系統(tǒng)設(shè)計(jì)鋼柱為單階柱。上柱采用實(shí)腹式柱，下柱采用格構(gòu)式鋼管混凝土柱。鋼管材料選用Q345B鋼，管內(nèi)用C45混凝土填充，綴條采用空心鋼管。澆灌混凝土的孔開(kāi)在肩梁以下，孔徑約200mm，可在工廠開(kāi)孔，但不宜將孔板割掉，以免雜物掉進(jìn)管內(nèi).待管內(nèi)混凝土被振搗密實(shí)并達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%以后，方可焊接孔板。鋼管中混凝土應(yīng)采用壓力灌漿法澆筑，為使管內(nèi)混凝土密實(shí)，在肩梁上翼緣板各開(kāi)有直徑為30mm的泄氣孔:，灌漿時(shí)應(yīng)振搗密實(shí)，直到泄氣孔冒漿為止。鋼管中的混凝土必須在吊車及墻架系統(tǒng)安裝前澆灌，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以上，方能安裝吊車及墻架系統(tǒng)。下柱長(zhǎng)15.18m，在柱腳處和下柱的中部分別設(shè)置了一道橫隔（橫隔間距不宜大于柱長(zhǎng)邊的9倍和8m）。柱腳采用插入式柱腳。肩梁采用單壁式肩梁，腹板高度為1800mm。與鋼管相交的加勁做成一塊整板，下柱的鋼管切口，將加勁板插入鋼管的切口內(nèi)，這樣的構(gòu)造做法使吊車梁傳來(lái)的豎向荷載有效的傳遞至下部鋼管混凝土柱內(nèi)，提高了節(jié)點(diǎn)的整體受力性能。2.5柱間支撐設(shè)計(jì)為保證廠房的縱向剛度和空間剛度，承受山墻風(fēng)力、吊車縱向剎車荷載、溫度應(yīng)力和地震作用，沿廠房縱向設(shè)置上、下柱間支撐。下柱柱間支撐設(shè)兩道，原則上應(yīng)該布置在溫度區(qū)段中間三分之一處，但是工藝要求，有些位置不能布置柱間支撐，將其位置做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以滿足工藝要求。上柱支撐設(shè)四道，上柱支撐除在設(shè)有下柱支撐的柱間布置外，在溫度區(qū)段的兩端另設(shè)兩道。6吊車梁與柱的連接吊車梁下翼緣與柱的連接，一般采用普通螺栓固定。吊車梁上翼緣與柱的連接通常采用板鉸連接，因?yàn)榘邈q連接的縱向約束效應(yīng)小，適用于重級(jí)工作制吊車梁，板鉸及其連接應(yīng)能保證傳遞梁端最大水平反力.鉸板孔徑較栓徑大1mm，其加工應(yīng)按照精制螺栓要求進(jìn)行，鉸板栓孔的受力方向端距不得小于1.5d。由于吊車的起重量較大，在吊車梁的高度中部增設(shè)與排架柱相連的垂直隔板，此隔板為構(gòu)造加強(qiáng)，無(wú)需計(jì)算。3、 廠房各系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意的問(wèn)題3.1鉸接屋架上承及下承做法對(duì)柱的影響上承式屋架優(yōu)點(diǎn)：屋架支座處傳力好。屋架在安裝時(shí)的穩(wěn)定性好，而且基本上可不必考慮屋架受力后弦桿彈性伸長(zhǎng)的影響。上弦在豎向荷載作用下的壓縮變形可補(bǔ)償屋架下?lián)蠒r(shí)（坡度變直時(shí)）支座向外的位移。其總位移量的消長(zhǎng)情況與屋面坡度有關(guān)，當(dāng)屋面坡度i>1/6,柱頂仍將向外推移。當(dāng)i<1/10柱頂非但不會(huì)向外推移，甚至有向里移動(dòng)的可能，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)在多跨廠房中更為重要。上承式屋架缺點(diǎn):上承屋架端支座底部至端節(jié)點(diǎn)中心的距離較大,約為下承式屋架的2~3倍。因此，在柱頂水平剪力作用下對(duì)支座節(jié)點(diǎn)的偏心彎矩較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。一般可采取以下兩種方式解決:①采用側(cè)接法與柱頂相連，以減少甚至消除偏心彎矩;②在與支座節(jié)點(diǎn)相連的屋架桿件設(shè)計(jì)中,考慮此偏心彎矩的影響，下承式屋架做法優(yōu)缺點(diǎn)正好與上承式相反。3.2柱柱截面選用時(shí)，為了經(jīng)濟(jì)，宜優(yōu)先選用鋼管混凝土柱或型鋼格構(gòu)柱。為了經(jīng)濟(jì)，在工藝允許的情況下可增加縱向系桿,以減小廠房柱的平面外計(jì)算長(zhǎng)度。3.3柱間支撐支撐桿件采用單拉桿設(shè)計(jì)或一拉一壓桿件設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)受力大小及桿件長(zhǎng)度確定。目前流行采用單桿既在前后片桿件之間不打綴條設(shè)計(jì)，便于中間穿行管道、鋼梯及參觀走道。3.4吊車梁系統(tǒng)國(guó)標(biāo)圖集與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)吊車梁中間加勁肋板與上翼緣的焊縫處的要求不同（鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求刨平頂緊后焊接,國(guó)標(biāo)圖集僅采用焊縫），建議采用刨平頂緊后焊接。平板支座處加勁肋國(guó)標(biāo)圖集中是上下刨平頂緊,為了便于施工，建議改為上端坡口焊,下端刨平頂緊后焊接。4、結(jié)語(yǔ)隨著我國(guó)工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，尤其是沿海、沿江地區(qū)冶金、機(jī)械、船舶及海洋工程類建設(shè)項(xiàng)目，由于生產(chǎn)工藝的需要以