某重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p>　　某重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　摘要：以某重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計為背景，重點介紹了結(jié)構(gòu)布置、橫向框架的計算簡化、廠房縱向剛度的計算簡化和柱的計算，并采用有限元軟件進行校核，同時談?wù)勛约旱淖龇ê腕w會，希望能為類似工程提供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：重型鋼結(jié)構(gòu)廠房；結(jié)構(gòu)設(shè)計；橫向框架；縱向剛度；柱的計算 </p><p>

2、　　中圖分類號： TU318 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　重型鋼廠房具有承載能力較強，整體剛度及抗震性能好，耐熱，鋼構(gòu)件便于制作、運輸及安裝，廠房的建造周期短等優(yōu)點。近年來，在冶金、機械制造、造船、火力發(fā)電、飛機制造等行業(yè)普遍應(yīng)用。這類結(jié)構(gòu)的顯著特點是跨度大，高度大，噸位大，有些廠房的跨度可達30m，

3、高度達60m，吊車起重量高達1200t，耗鋼量很大。隨著我國鋼材產(chǎn)量、品種的日益增加，以及綜合考慮制造、運輸、安裝等多種因素，鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)用會更加廣泛。 </p><p><b>　　1.工程概況 </b></p><p>　　某重型鋼結(jié)構(gòu)廠房用于單層船體高跨車間，其建筑總面積約為33690㎡，形狀規(guī)則，呈長方形，檐高為26.5m，結(jié)構(gòu)總高度為28.3m，車間縱向長

4、度約為231m，橫向長度約為144m。該車間為4跨，高度和寬度均一樣，跨度為36m，高度為28.3m，配備為30~200t不等的橋式吊車，柱間距均為12m。本工程廠房上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)，屋面為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力靜壓管樁基礎(chǔ)，取粉細(xì)砂層或粉細(xì)砂與粉質(zhì)粘土交互層為樁基持力層。該結(jié)構(gòu)的廠房平面布置圖及剖面圖分別如圖1和圖2所示。本工程很有代表性，因為該車間尺寸均為國內(nèi)少見，為此本文針對此次鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些特殊之處，談?wù)勛约旱淖龇ê?/p>

5、體會，望能為類似工程提供參考。 </p><p><b>　　圖1 平面布置圖 </b></p><p><b>　　圖2 橫向剖面圖 </b></p><p>　　2.結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 </p><p>　　（1）設(shè)計基本參數(shù) </p><p>　　本工程抗震設(shè)防類別為丙類，

6、抗震設(shè)防烈度為6度，基本地震加速度 0.05g，地震分組第一組，建筑場地類別 III 類，按 6度采取抗震構(gòu)造措施，建筑場地不考慮地基土液化，地面粗糙程度B類，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，建筑結(jié)構(gòu)合理使用年限為50年 (屋面15年)，屋面活荷載為0.35kN/㎡，屋面恒荷載為0.3kN/㎡，風(fēng)荷載為0.505kN/㎡，吊車選用軟鉤吊車，工作級別均為A5，荷載組合按規(guī)范來確定，鋼柱材料采用Q345b和Q235b兩種形式。 </p>

7、<p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)布置 </b></p><p>　　廠房的結(jié)構(gòu)布置要綜合考慮工藝、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟和建筑模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的要求。從結(jié)構(gòu)要求方面考慮，為保證廠房的正常使用，使房屋具有足夠的橫向剛度，本工程將柱布置在同一橫向軸線上。同時，以所有柱列的間距均為相等的布置方式（柱間距為12m）。這時廠房橫向剛度最大，屋蓋和支撐系統(tǒng)布置最為簡潔，本工程吊車梁的跨度均為相等，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件

8、達到最大限度的定型化和標(biāo)準(zhǔn)化。從經(jīng)濟角度考慮，柱的縱向間距的大小對結(jié)構(gòu)重量影響很大。加大柱距，柱的數(shù)量及重量減少，但會使布置在柱距間的屋蓋結(jié)構(gòu)、吊車梁和托架的重量增加。最適宜的柱距與柱上的荷載及柱高有密切關(guān)系。屋面支撐選用角鋼支撐，縱向屋蓋支撐按照通長設(shè)置，為了提供廠房整體剛度，將縱向支撐與橫向支撐組成一個封閉體系；廠房在屋檐、屋脊、轉(zhuǎn)折處以及相應(yīng)位置通長設(shè)置剛性系桿。 </p><p>　　（3）橫向框架的計算

9、簡化 </p><p>　　本單層廠房框架由柱和屋架組成，各框架之間由屋面板或檁條、托架、屋蓋支撐等縱向構(gòu)件相互連接在一起，故框架實際上是一個空間工作的結(jié)構(gòu)。當(dāng)框架受荷載后，通過縱向構(gòu)件的聯(lián)系作用，將部分荷載傳遞到相鄰不受載的框架上去，從而減少了直接受載框架的負(fù)擔(dān)。在這種情況下，以大型鋼筋混凝土屋面板和屋蓋縱向水平支撐的剛度最大，傳力較可靠。但空間結(jié)構(gòu)的計算工作繁重，且大型屋面板與屋架的焊接質(zhì)量也常常不能完全保障

10、，本工程中將框架分解為平面計算單元，即假定各計算單元之間是相互獨立的，同一計算單元中的屋蓋為一剛性體，使各點側(cè)位移相等。在計算中不考慮屋蓋上的天窗架和檁條、廠房內(nèi)的吊車橋架、吊車梁系統(tǒng)、平臺、墻架構(gòu)件等參與框架的共同工作。 </p><p>　　（4）廠房縱向剛度的計算簡化 </p><p>　　廠房的縱向剛度主要由柱間支撐和其他縱向框架結(jié)構(gòu)來保證。由于本工程屬于重型，因此設(shè)有重級工作制吊

11、車的廠房柱，在吊車梁或吊車桁架的頂面標(biāo)高處，由一臺最大吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值(不乘動力系數(shù))所產(chǎn)生的計算位移值，不應(yīng)超過柱的縱向水平位移容許值。柱的縱向水平容許位移值應(yīng)控制為H/4000，其中H為自柱腳底面至吊車梁或吊車桁架頂面的高度。計算柱的縱向位移時，我們做了下列的假定：1)僅考慮柱間支撐或其他縱向框架的剛度，而忽略柱剛度的影響；2)當(dāng)縱向水平構(gòu)件(如吊車梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、墻架等)的截面較大時，忽略其軸向變形的影響；3)計算十字形交叉支撐

12、時，僅考慮拉桿受力而壓桿不受力，支撐與柱的連接節(jié)點為鉸接；4)吊車縱向水平荷載分配在溫度區(qū)段內(nèi)所有柱間支撐或縱向框架上。 </p><p><b>　?。?）柱的計算 </b></p><p>　　本工程的框架柱均為壓彎構(gòu)件，在計算時，應(yīng)進行截面強度計算、框架平面內(nèi)和框架平面外的穩(wěn)定性計算。其中格構(gòu)式柱還應(yīng)進行整體穩(wěn)定計算、分肢的強度和穩(wěn)定計算以及綴件的設(shè)計。此外還須

13、核算截面受壓部分的局部穩(wěn)定。經(jīng)計算本工程的柱尺寸采用200*200mm。 </p><p><b>　?。?）計算結(jié)果 </b></p><p>　　本工程選用中國建筑科學(xué)研究院出版的PKPM系列軟件進行重型鋼結(jié)構(gòu)建模、內(nèi)力計算以及結(jié)果分析。同時用同濟創(chuàng)迪鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)電腦輔助設(shè)計軟件3D3S 11.0和冶金部建筑研究總院的PS2000對設(shè)計結(jié)果進行校核。整個設(shè)計過程均按

14、照國家現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計，柱子和梁等構(gòu)件的應(yīng)力均能滿足設(shè)計規(guī)范的要求，廠房的主要節(jié)點荷載位移和地震位移均能滿足規(guī)范的變形要求（如圖3）。 </p><p>　　圖3 吊車水平荷載和地震位移 </p><p>　　3.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的體會和需注意的問題 </p><p>　?。?）支撐桿件的設(shè)計 </p><p>　　平面屋架本身在屋架平面外的側(cè)向剛度和

15、穩(wěn)定性則很差，受到水平荷載后極易產(chǎn)生較大的變形，為使屋架結(jié)構(gòu)有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)屋架的橫向和縱向水平支撐都是平行弦桁架，屋架或托架的弦桿均可兼作支撐桁架的弦桿，斜腹桿一般采用十字交叉式，斜腹桿和弦桿的交角在30°~60°之間。通常橫向水平支撐節(jié)點間的距離為屋架上弦節(jié)間距離的2～4倍，縱向水平支撐的寬度取屋架端節(jié)間的長度，一般為6m左右。 </p><p><

16、b>　?。?）溫度縫 </b></p><p>　　溫度變化將引起結(jié)構(gòu)的變形，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，并可能導(dǎo)致墻和屋面的破壞。故當(dāng)廠房平面尺寸很大時，為避免產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，應(yīng)在廠房的橫向或縱向設(shè)置溫度伸縮縫。圍護結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體情況參照有關(guān)規(guī)范單獨設(shè)置溫度縫。無橋式吊車廠房的柱間支撐和有橋式吊車廠房在吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐，宜對稱布置于溫度區(qū)段中部。當(dāng)不對稱布置時，上述柱間支撐的中點(兩

17、道柱間支撐時為兩支撐距離的中點)至溫度區(qū)段端部的距離，不宜大于表中縱向溫度區(qū)段長度的60％。 </p><p><b>　?。?）柱腳構(gòu)造 </b></p><p>　　在實腹式柱中均采用整體式柱腳，而在格構(gòu)式柱中則可采用分離式柱腳或整體式柱腳。但一般格構(gòu)式柱由于兩分肢的距離較大，采用整體式柱腳所耗費的鋼材較多，故在大多數(shù)的情況下宜采用分離式柱腳。為了使柱所承受的荷載

18、安全地傳遞到基礎(chǔ)中，柱腳要有適當(dāng)?shù)恼w剛度，各部分的板件要有足夠的強度和可靠的連接。 </p><p><b>　　4.結(jié)束語 </b></p><p>　　由于重型鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、性能好、環(huán)保、施工速度快、勞動強度小、工廠化程度高等優(yōu)點，越來越多的廠房采用此種形式，而混凝土結(jié)構(gòu)廠房也慢慢的被取代了，本工程于2012年初開始施工，在2013年3月初投入使用，經(jīng)過試運

19、行，業(yè)主對該工程的設(shè)計和施工很滿意，而實際情況也證明本工程設(shè)計效果良好。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]周瑞．某重型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計 [J]．建筑結(jié)構(gòu)，2010，（04）：30-31. </p><p>　　[2]田海明．某重型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計與分析[J]．工程設(shè)計，2011，（05）：28