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

1、<p>　　某重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：以某重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為背景，重點(diǎn)介紹了結(jié)構(gòu)布置、橫向框架的計(jì)算簡(jiǎn)化、廠房縱向剛度的計(jì)算簡(jiǎn)化和柱的計(jì)算，并采用有限元軟件進(jìn)行校核，同時(shí)談?wù)勛约旱淖龇ê腕w會(huì)，希望能為類(lèi)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(jì)；橫向框架；縱向剛度；柱的計(jì)算 </p><p>

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

3、高度達(dá)60m，吊車(chē)起重量高達(dá)1200t，耗鋼量很大。隨著我國(guó)鋼材產(chǎn)量、品種的日益增加，以及綜合考慮制造、運(yùn)輸、安裝等多種因素，鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)用會(huì)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(chē)間，其建筑總面積約為33690㎡，形狀規(guī)則，呈長(zhǎng)方形，檐高為26.5m，結(jié)構(gòu)總高度為28.3m，車(chē)間縱向長(zhǎng)

4、度約為231m，橫向長(zhǎng)度約為144m。該車(chē)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(chē)，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?yàn)樵撥?chē)間尺寸均為國(guó)內(nèi)少見(jiàn)，為此本文針對(duì)此次鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些特殊之處，談?wù)勛约旱淖龇ê?/p>

5、體會(huì)，望能為類(lèi)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(jì)與分析 </p><p>　　（1）設(shè)計(jì)基本參數(shù) </p><p>　　本工程抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，

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(chǎng)地類(lèi)別 III 類(lèi)，按 6度采取抗震構(gòu)造措施，建筑場(chǎng)地不考慮地基土液化，地面粗糙程度B類(lèi)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，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(chē)選用軟鉤吊車(chē)，工作級(jí)別均為A5，荷載組合按規(guī)范來(lái)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(jì)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(shí)，以所有柱列的間距均為相等的布置方式（柱間距為12m）。這時(shí)廠房橫向剛度最大，屋蓋和支撐系統(tǒng)布置最為簡(jiǎn)潔，本工程吊車(chē)梁的跨度均為相等，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件

8、達(dá)到最大限度的定型化和標(biāo)準(zhǔn)化。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，柱的縱向間距的大小對(duì)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(huì)使布置在柱距間的屋蓋結(jié)構(gòu)、吊車(chē)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(zhǎng)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(gè)封閉體系；廠房在屋檐、屋脊、轉(zhuǎn)折處以及相應(yīng)位置通長(zhǎng)設(shè)置剛性系桿。 </p><p>　?。?）橫向框架的計(jì)算

9、簡(jiǎn)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(shí)際上是一個(gè)空間工作的結(jié)構(gòu)。當(dāng)框架受荷載后，通過(guò)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(jì)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(jì)算單元，即假定各計(jì)算單元之間是相互獨(dú)立的，同一計(jì)算單元中的屋蓋為一剛性體，使各點(diǎn)側(cè)位移相等。在計(jì)算中不考慮屋蓋上的天窗架和檁條、廠房?jī)?nèi)的吊車(chē)橋架、吊車(chē)梁系統(tǒng)、平臺(tái)、墻架構(gòu)件等參與框架的共同工作。 </p><p>　?。?）廠房縱向剛度的計(jì)算簡(jiǎn)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(lái)保證。由于本工程屬于重型，因此設(shè)有重級(jí)工作制吊

11、車(chē)的廠房柱，在吊車(chē)梁或吊車(chē)桁架的頂面標(biāo)高處，由一臺(tái)最大吊車(chē)縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值(不乘動(dòng)力系數(shù))所產(chǎn)生的計(jì)算位移值，不應(yīng)超過(guò)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(chē)梁或吊車(chē)桁架頂面的高度。計(jì)算柱的縱向位移時(shí)，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(chē)梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、墻架等)的截面較大時(shí)，忽略其軸向變形的影響；3)計(jì)算十字形交叉支撐

12、時(shí)，僅考慮拉桿受力而壓桿不受力，支撐與柱的連接節(jié)點(diǎn)為鉸接；4)吊車(chē)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(jì)算 </b></p><p>　　本工程的框架柱均為壓彎構(gòu)件，在計(jì)算時(shí)，應(yīng)進(jìn)行截面強(qiáng)度計(jì)算、框架平面內(nèi)和框架平面外的穩(wěn)定性計(jì)算。其中格構(gòu)式柱還應(yīng)進(jìn)行整體穩(wěn)定計(jì)算、分肢的強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算以及綴件的設(shè)計(jì)。此外還須

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

14、照國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，柱子和梁等構(gòu)件的應(yīng)力均能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，廠房的主要節(jié)點(diǎn)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(chē)水平荷載和地震位移 </p><p>　　3.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的體會(huì)和需注意的問(wèn)題 </p><p>　　（1）支撐桿件的設(shè)計(jì) </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(diǎn)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(zhǎng)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(shí)，為避免產(chǎn)生過(guò)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(hù)結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體情況參照有關(guān)規(guī)范單獨(dú)設(shè)置溫度縫。無(wú)橋式吊車(chē)廠房的柱間支撐和有橋式吊車(chē)廠房在吊車(chē)梁或吊車(chē)桁架以下的柱間支撐，宜對(duì)稱(chēng)布置于溫度區(qū)段中部。當(dāng)不對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，上述柱間支撐的中點(diǎn)(兩

17、道柱間支撐時(shí)為兩支撐距離的中點(diǎn))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(zhǎng)度的60％。 </p><p><b>　?。?）柱腳構(gòu)造 </b></p><p>　　在實(shí)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(fèi)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(qiáng)度和可靠的連接。 </p><p><b>　　4.結(jié)束語(yǔ) </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(dòng)強(qiáng)度小、工廠化程度高等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)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(kāi)始施工，在2013年3月初投入使用，經(jīng)過(guò)試運(yùn)

19、行，業(yè)主對(duì)該工程的設(shè)計(jì)和施工很滿意，而實(shí)際情況也證明本工程設(shè)計(jì)效果良好。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </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(jì) [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(jì)與分析[J]．工程設(shè)計(jì)，2011，（05）：28