淺談重型鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

淺談重型鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[摘要]本文根據(jù)已完成的不同類(lèi)型重型鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房，就吊車(chē)噸位≥50噸、軌高≥8m、跨度≥24m的大中型普鋼廠(chǎng)房進(jìn)行了結(jié)構(gòu)選型的綜合分析，總結(jié)了重型鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要?jiǎng)t。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以滿(mǎn)足平面工藝布局、建筑物使用功能、室內(nèi)外綜合公用管道空間布設(shè)為前提，根據(jù)各地不同的自然條件，如風(fēng)雪荷載、抗震設(shè)防等進(jìn)行方案對(duì)比分析。此篇關(guān)于重型鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析總結(jié)，對(duì)類(lèi)似項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有一定的參考作用。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)廠(chǎng)房重型鋼結(jié)構(gòu)吊車(chē)工藝布局風(fēng)、雪荷載結(jié)構(gòu)選型

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生了很大變化，由最初的高大、渾厚的混凝土排架或框架形式轉(zhuǎn)換成了鋼結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式能充分利用鋼材強(qiáng)度高、延展性好的優(yōu)點(diǎn)，此類(lèi)項(xiàng)目由專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家加工制作，施工吊裝安裝快捷，施工現(xiàn)場(chǎng)整潔干凈，施工周期短，于是在各行各業(yè)涌現(xiàn)出了一批批鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房。由于鋼結(jié)構(gòu)能更好地實(shí)現(xiàn)大跨度、大柱距、大吊車(chē)的結(jié)構(gòu)布局，所以能滿(mǎn)足多樣化的工藝平面布局要求，加上鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房質(zhì)輕的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，故而此類(lèi)結(jié)構(gòu)受到了更多用戶(hù)的青睞，被更廣泛地推廣到各行各業(yè)。本文主要就典型重型廠(chǎng)房的進(jìn)行設(shè)計(jì)例證，總結(jié)此類(lèi)項(xiàng)目的基本設(shè)計(jì)要?jiǎng)t，以更好地縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)人為成本，在結(jié)構(gòu)方案上合理化控制工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)項(xiàng)目的人性化設(shè)計(jì)。

一、結(jié)構(gòu)平面布局選型

經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)布局往往以合理的結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐譃榍疤?。結(jié)構(gòu)單元的劃分基本考慮因素有如下幾項(xiàng)：工藝布局、吊車(chē)設(shè)置、建筑物平面投影尺寸等。

1、結(jié)構(gòu)單元平面尺寸基本要求：在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝布局、人流入口、貨流入口、參觀通道等要求前提下，重型鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)單元經(jīng)濟(jì)控制尺寸基本為長(zhǎng)度方向總尺寸不超過(guò)220米，跨度方向不超過(guò)150m。

2、能歸并為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的吊車(chē)使用要求：盡量使軌高差異不大，檐口高度或剛架端部下沿高度在12m以上的合并為一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)?，鑒于輕鋼規(guī)程（CECS102：2002）的使用范圍，沒(méi)有必要將輕重吊車(chē)合并為一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算。如果主跨為大噸位吊車(chē)，附跨為輕型吊車(chē)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量合理分配結(jié)構(gòu)單元。在保證主跨橫向剛度足夠抵抗側(cè)向風(fēng)荷載、地震力的前提下，公共軸處建議設(shè)雙柱，總結(jié)原因主要有兩個(gè)：（1）設(shè)雙柱能合理利用輕鋼規(guī)程與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的相關(guān)控制指標(biāo)，根據(jù)地震力是否是控制指標(biāo)，合理選擇鋼柱鋼梁的腹板及翼緣的寬厚比及高厚比限值，不再是附跨技術(shù)指標(biāo)從屬主跨，將各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均從嚴(yán)控制，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。（2）主附跨公共軸處一般均為高大型防火隔墻，此類(lèi)墻體貼砌在主跨鋼柱外側(cè)，若不脫縫，則雙柱合一，這樣為保證公共柱兩側(cè)的吊車(chē)安全運(yùn)行距離，則必然會(huì)增大廠(chǎng)房橫向尺寸，公共柱往往成為三階柱，柱截面三段變化，柱截面加工焊接量較大。另外，此處公共隔墻也會(huì)出現(xiàn)三段式設(shè)計(jì)，其豎向呈“Z”字型，墻體構(gòu)造及安裝困難，重型吊車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)安裝也會(huì)非常困難。

3、投影尺寸以矩形或方形為主的可化為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。若出現(xiàn)長(zhǎng)向端部局部收進(jìn)，則須注意收進(jìn)尺寸不宜過(guò)大，按抗震規(guī)范平面布置盡量規(guī)則的指導(dǎo)原則，雖然廠(chǎng)房的地震力不一定是主控因素，但符合抗震概念的指導(dǎo)精神要求，也會(huì)消除掉后期許多不良隱患。若非收進(jìn)不可，則因考慮采取在平面凹角處增加補(bǔ)強(qiáng)措施，通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)措施增強(qiáng)廠(chǎng)房的整體性。

二、重型吊車(chē)鋼柱選型

考慮到取材便利、用鋼量經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素，對(duì)于吊車(chē)噸位超過(guò)50噸的廠(chǎng)房，實(shí)腹柱截面初步選型截面高度大于700、翼緣板厚度在18mm以上的鋼排架，建議設(shè)計(jì)人考慮格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)方案，在綜合分析實(shí)腹柱與格構(gòu)柱的用鋼量、加工便利、防銹漆防火涂料附著力等方面后，再予以定案，確保設(shè)計(jì)不返工。

三、普鋼廠(chǎng)房屋面變形控制指標(biāo)

從計(jì)算假定看，普鋼排架廠(chǎng)房一般假定屋面剛度無(wú)窮大，撓度太大不行。從廠(chǎng)房變形要求看，規(guī)范對(duì)吊車(chē)軌頂處的水平位移有較嚴(yán)格的規(guī)定，如果屋面梁剛度太小，鋼柱則成了懸臂柱，位移不能滿(mǎn)足，用鋼量則轉(zhuǎn)移到柱子上了，即柱子截面要很大。

一些老前輩偏向于用桁架屋面梁（屋架與柱子鉸接，這其實(shí)也是以前沒(méi)有計(jì)算機(jī)，為了方便采用手算而采用的一種結(jié)構(gòu)形式），因?yàn)楫?dāng)時(shí)采用大型屋面板，荷載較大，容易出現(xiàn)漏水問(wèn)題，而桁架屋面梁的剛度大，結(jié)構(gòu)安全度高。桁架梁在國(guó)內(nèi)的使用時(shí)間比較長(zhǎng)了，積累的經(jīng)驗(yàn)也比較多，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，以致沿用至今。

實(shí)際上，現(xiàn)在普通廠(chǎng)房中使用實(shí)腹式梁（梁柱剛接，剛度也不??；采用輕型彩鋼板屋面，其對(duì)屋面梁變形要求不嚴(yán)，不會(huì)產(chǎn)生漏水等問(wèn)題），從結(jié)構(gòu)體系來(lái)說(shuō)是沒(méi)有問(wèn)題的，已通過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)。

建議如下：

1、大噸位吊車(chē)輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房，屋面鋼梁的撓度問(wèn)題，也超出了《門(mén)鋼規(guī)程》的范圍，如果鋼梁撓度控制得太嚴(yán)格的話(huà)，會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)的問(wèn)題，現(xiàn)在許多工程已經(jīng)將鋼梁撓度指標(biāo)放寬了，可以參考《門(mén)鋼規(guī)程》，但支撐系統(tǒng)最好采用普鋼設(shè)計(jì)，不能采用圓鋼。

2、對(duì)于采用輕型屋面的大噸位吊車(chē)輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房，鋼梁撓度可以取L/250。對(duì)于采用大型屋面板的大噸位吊車(chē)輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房，鋼梁撓度仍取L/400。對(duì)于采用輕型屋面的但鋼梁上帶有懸掛吊車(chē)的大噸位吊車(chē)輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房，鋼梁撓度取L/400。

四、柱腳形式選取

由于重型吊車(chē)的吊車(chē)荷載較大，柱腳彎矩太大，常規(guī)的平接式柱腳不能滿(mǎn)足受力需要，故建議重型鋼柱的柱腳以插入式為主，插入深度的計(jì)算既要滿(mǎn)足截面本身的高寬比例要求，尚應(yīng)滿(mǎn)足抗震要求的截面塑性要求。如：雙肢柱截面尺寸為：全截面高度hc=2375mm，全截面短邊尺寸bc=700mm。

1、構(gòu)造計(jì)算：杯口插入長(zhǎng)度H1應(yīng)為1.5xbc和0.5xhc的最大值，即最少插入深度應(yīng)為1188mm。

2、抗震計(jì)算：

H1應(yīng)為2xbc=1400mm和squa（6M/bf.fc）的最大值，其中bf為吊車(chē)肢翼緣寬度，fc為混凝土抗壓強(qiáng)度。

上述兩項(xiàng)的最大值才符合柱腳的插入深度要求。

結(jié)語(yǔ)

僅以筆者多年工業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)重型廠(chǎng)房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了一些總結(jié)。另外，除考慮上述關(guān)鍵要素外，設(shè)計(jì)時(shí)還有許多需要注意的地方，比如地面堆載、室內(nèi)風(fēng)管、人孔等等，設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)只考慮本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)要?jiǎng)t，更需要對(duì)項(xiàng)目有一定的認(rèn)知程度，讀懂工藝圖，熟悉關(guān)聯(lián)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)主控方向，這樣才會(huì)少走彎路，為項(xiàng)目爭(zhēng)取