有吊車作用輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、有吊車作用輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)謝飛（福州聯(lián)盛建筑設(shè)計(jì)院 350005）Structural Design of Light Section steel Structure Plant with Crane LoadsXie Fei (Fuzhou League Architectural Design Institute 350005) 提 要 文中介紹了有吊車作用廠房結(jié)構(gòu)的樁基設(shè)計(jì)，門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可供類似工程設(shè)計(jì)參考關(guān)鍵詞 門式剛架 輕鋼結(jié)構(gòu) 樁基設(shè)計(jì) 用鋼量Abstract: In this paper, the main content of structural design abo

2、ut the design of pile , gabled frame design is introuduced for plant with crane loads.Keywords: crane loads ; light section sted structure ;pile design ; steel consumption1 工程概況福州瑞聯(lián)鋼有限公司30萬噸冷板工程1#廠房位于馬尾連104國道西北測(cè)，廠房長(zhǎng)度234m，跨度為21+21m，建筑面積1萬m2。吊車軌頂標(biāo)高為10.0m。見圖1，柱腳采用剛接，采用門式剛架結(jié)構(gòu)，主剛架采用熱軋H型鋼，Q345B級(jí)。屋面坡度采用1/1

3、0。計(jì)算軟件采用鋼結(jié)構(gòu)STS軟件。至今該工程已竣工投產(chǎn)近一年。圖1 建筑剖面圖2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)2.1 地質(zhì)條件根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，工程地質(zhì)情況見表1，建筑場(chǎng)地類別為類。表1地基各巖土層設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)推薦使用值表層號(hào)指 項(xiàng)標(biāo) 目值巖土層名稱天然容重壓縮模量?jī)?nèi)聚力內(nèi)摩擦角承載力特征值樁端阻力特征值qsa和樁側(cè)阻力特征值qsa樁側(cè)負(fù)摩阻力系數(shù)層厚（米）預(yù)制樁rEs1-2Es2-3Es3-4CfakqsaqsakN/m3MpaKpa度KpaKpa0.251.62.2-1素填土17.570-800.250.42.5-2填中砂17.080-900.40.9粘土18.74.0-5.0157.5110-12010

4、-130.2015.237.3淤泥15.61.5-20.2.0-2.533.140-456-70.251.112.10粘土19.15.5-6.57.0-9.03111.6170-19018-201088-20001.21.8淤泥質(zhì)土16.12.0-2.52.5-3.056.555-609-102.84.9粘土19.37.0-8.09.0-10.04011.0180-19018-205.52.2 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)根據(jù)工程地質(zhì)條件及電算結(jié)果，由于業(yè)主工期要求快，故采用PHC預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁，以粉質(zhì)粘土為持力層。樁身進(jìn)入持力層0.8m。單樁豎向承載力特征值R=500kN，由于柱腳固接，吊車作用下，柱底彎矩較

5、大，為使樁不出現(xiàn)拉力，而形成抗撥樁，因此必須采用雙樁，而且樁距不能按常規(guī)取3.5d。本工程邊柱最大軸壓力N=653 kN，M=-364.8 kN，V=-77.8 kN，兩樁樁距取3.2m，承臺(tái)高1.2m。墻體傳來4.1×4.5×6= 110.7kN樁最小反力Nmin=(653+110.7+0.8×4.220)/2(364.8+77.8×1.0)/3.2=262 kNR=600 kNNmax=568.351.2R中柱，N=1137 kN，V=35.4 kN，M=225.6 kN 算得 Nmin=513.9R= 600kNNmax=690.31.2R= 72

6、0kN 經(jīng)計(jì)算滿足要求，可滿足抗沖、抗剪要求。3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本工程為兩跨21m，兩臺(tái)10t+15t重級(jí)工作制吊車，柱距6m，共有39跨固接的門式剛架，為保證吊車正常運(yùn)轉(zhuǎn)，廠房穩(wěn)定，滿足位移變形要求加強(qiáng)支撐設(shè)計(jì)和吊車制動(dòng)桁架來增加廠房的整體空間剛度，全長(zhǎng)234m，不設(shè)伸縮縫，墻體采用壓型鋼板。選用熱軋H型鋼經(jīng)選用電算定下，用鋼量最低的剛架尺寸，見圖2圖2 剛架圖3.1 柱間支撐設(shè)計(jì) 若支撐設(shè)置不當(dāng)，吊車行走時(shí)，就會(huì)造成剛架晃動(dòng)，存在安全隱患，因此支撐的設(shè)置非常關(guān)鍵，因選用用鋼量小的窄翼緣H型鋼，因此柱平面外計(jì)算長(zhǎng)度僅能取4m，在高4m處設(shè)置一道焊接鋼管側(cè)向水平支撐。交叉支撐采用角鋼，在廠房的頭

7、、尾跨設(shè)置柱間支撐，中間跨每隔4跨設(shè)置一道。在設(shè)置柱間支撐的同一跨并設(shè)屋面支撐，為能更好傳遞風(fēng)荷載在屋面每隔4米設(shè)一道水平鋼管剛性系桿。3.2 抗震措施 工程地處設(shè)防烈度7度區(qū)，房屋自重小，承載力不受地震作用效應(yīng)組合控制，可不進(jìn)行抗震計(jì)算。僅針對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)采取抗震構(gòu)造措施。構(gòu)件之間的連接均采用螺栓連接，斜梁下翼緣與剛架柱的連接均加腋，柱腳底板設(shè)抗剪鍵。增設(shè)吊車制動(dòng)桁架。3.3 隅撐的設(shè)計(jì) 隅撐可以用來提高屋面梁式柱的受壓翼緣穩(wěn)定能力，因此在檐口位置，剛架斜梁與柱內(nèi)翼緣交接點(diǎn)附近的檁條和墻梁處，各設(shè)置一對(duì)隅撐。在斜梁下翼緣受壓區(qū)隔一檁條設(shè)隅撐，并使其間距不大于相應(yīng)受壓翼緣寬度的16倍，見圖3

8、。圖3隅撐的設(shè)計(jì)3.4 高強(qiáng)螺栓連接設(shè)計(jì) 由于屋面荷載很輕，在設(shè)計(jì)荷載作用下，斜梁與柱的連接部位主要承受彎矩作用，剪力很小，高強(qiáng)螺栓以受拉為主。剪力由連接構(gòu)件間的摩擦力傳遞剪力。本工程建筑大量采用陽光板，開窗面積少，風(fēng)順力大減少，相應(yīng)剪力也小，選用摩擦型高強(qiáng)螺栓，因此表面可不作專門處理。不必進(jìn)行摩擦而抗滑移試驗(yàn)，這有助于提高效益和降低成本。3.5 檁條設(shè)計(jì) 檁條的設(shè)計(jì)計(jì)算是最為困難的。首先，在目前設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程中尚無簡(jiǎn)單實(shí)用的計(jì)算公式供設(shè)計(jì)人員采用，其次，為節(jié)省鋼材，輕鋼結(jié)構(gòu)中的檁條除用于承擔(dān)梁的功能外往往兼作支撐體系中的壓桿，同時(shí)還通過隅撐對(duì)門式剛架的梁和柱提供側(cè)向支承。如果考慮門式剛架房屋

9、中的蒙皮效應(yīng)，則檁條的構(gòu)造和受力計(jì)算更為復(fù)雜。檁條通常由薄鋼板冷彎成型，計(jì)算中還需考慮屈曲后的有效截面等問題，因此，精確計(jì)算檁條的承載力非常困難。在豎向荷載作用下，檁條的自由翼緣受拉，受壓翼緣由于和屋面有可靠的連接面不存在穩(wěn)定問題。由于Z型連續(xù)檁條是拱接而成的連續(xù)檁條，其內(nèi)力分布較均勻剛度大，能節(jié)省用鋼量，同時(shí)在制作、運(yùn)輸、安裝諸方面都很便利，因此本工程采用Q345 Z型檁條，內(nèi)力計(jì)算按如下一種簡(jiǎn)單通用的模式考慮：按等截面連續(xù)梁計(jì)算模式，考慮活荷載按不利分布作用，光按50%活載均勻滿布得到一個(gè)效應(yīng)值S1，再用50%活荷載按最不利隔跨分布得到一個(gè)效應(yīng)S2。兩者相加即為最不利活荷載所產(chǎn)生的效應(yīng)S。

10、另外再考慮在支座處因搭接嵌套松動(dòng)所產(chǎn)生的彎矩釋放10%。在風(fēng)吸力作用下，檁條的自由翼緣受壓。因此，當(dāng)檁條下翼緣無面板側(cè)向支撐時(shí)，必須對(duì)檁條的下翼緣進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 福州地區(qū)基本風(fēng)壓為0.7 kN/m2，按門式剛架技術(shù)規(guī)程附錄E公式計(jì)算結(jié)果得知，是風(fēng)吸力作用下穩(wěn)定計(jì)算起控制作用。選用Z180×70×22.2 Q345，檁距1.2m，可以滿足要求。4 結(jié)語本工程至今已竣工投產(chǎn)近一年，吊車運(yùn)轉(zhuǎn)正常，經(jīng)歷幾次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和冬夏大溫差的考驗(yàn)，均能滿足正常使用要求，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)材高效，耗鋼少，自重輕，制造安裝運(yùn)輸簡(jiǎn)便，工期短，可拆遷，定型批量生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)商品化等。近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。本工程采用剛接柱腳和Q345鋼使用鋼量減少了許多，經(jīng)對(duì)比驗(yàn)算采用Q345鋼的用鋼量比采用Q235鋼的用鋼量下降16%左右，采用較平緩坡度（1/10）的門式剛度也可節(jié)約鋼材。為達(dá)到進(jìn)一步減少鋼耗，降低成本的目的，還可以采用各種先進(jìn)的科技手段，如引入預(yù)應(yīng)力技術(shù)以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度和承載力，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，若能在檁條中張拉板材可以防止風(fēng)吸力下的局部失穩(wěn)和提高彈性受力幅值，將可大大減少檁條的用鋼量。為此，在謀求改進(jìn)方面希望本文能起