关键词：重型钢结构厂房；设计；探讨
结合工作实际，总结了重型钢结构厂房设计中容易出现的问题，并提出了一些常用的处理方法和注意事项，旨在将重型厂房设计得更合理，更安全，减少现场的返工。
1 工程概况
本工程厂房区属于重型钢结构工业厂房，排架结构，单层，火灾危险性分类为戊类，耐火等级二级，总长度为200.62m，宽度为73.52m，双跨，各跨跨度均为36m，柱距主要为9m部分15m，建筑面积14750m2。设8台吊车，起重量分别为126t(1台)、50t(1台)、32t(3台)、20t(3台)。牛腿高度：13.00m，厂房檐口高度20.263m。厂房墙体及屋面采用现场复合保温彩钢板，檩条内置，中间夹100mm阻燃型玻璃丝棉，厂房操作区采用合金型硬地面耐磨地坪，人行通道采用环氧地坪漆，合理区分使用功能。厂房区主体结构以格构式钢柱、钢梁组成的重型排架作为主要承力结构，屋盖支撑系统采用高频焊接H型钢檩条及十字交叉角钢组成的屋面纵横向水平支撑。柱间支撑系统采用十字交叉的槽钢支撑，基础采用预应力混凝土管桩基础。
办公区为钢框架结构，主体三层，建筑高度15.385m，建筑面积7199m2。墙体采用现场复合保温彩钢板，檩条内置，中间夹100mm岩棉，屋面采用网架结构，基础为预应力混凝土管桩基础。
结构设计主要技术指标：主体设计使用年限为50年；地基基础设计等级为丙级；结构安全等级为二级，建筑抗震设防分类为丙类；该地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组为第二组，设计特征周期为0.40s；建筑场地类别为Ⅱ类，属于抗震一般地段；50年一遇基本风压0.65kN/m2，100年一遇基本雪压0.45kN/m2，地面粗糙度类别为B类。钢梁、柱、支撑、檩条、墙梁、预埋件等构件均采用Q235-B钢；吊车梁采用Q345-C钢。钢筋混凝土桩基承台、基础拉梁、基础短柱、办公区楼板采用C30；垫层采用C20。
2优化设计
2.1基础系统
（1）基础埋深
基础的埋置深度除了按基础规范按建筑物高度的1/15～1/18外，主要要考虑管线的埋深，以及设备基础的埋深，很多厂房基础设计时机组资料还没有，可以把靠近机组的厂房柱基础暂缓设计，以免造成返工。
（2）基础梁
一般厂房在下柱有柱间支撑跨间，基础之间沿厂房纵向都会设置基础梁，某工程中拉梁跨度为24m，如果中间不设支点，则拉梁断面尺寸将达到800×1700。如果中间设支点，虽然增加了支点基础混凝土量及地基处理的费用，但拉梁跨度减小为12m，则拉梁断面尺寸也随之减小为400×800，总体还是节省了投资。关于柱间支撑处柱基础的拉梁一般认为:拉梁跨度小于15m，中部不设支点;拉梁跨度在15m～18m之间，中部支点可设可不设;拉梁跨度超过18m，从经济角度考虑宜设中部支点。
2.2柱子系统
（1）柱子腹杆的设置
工业厂房中管道都比较多，在这里要说的是厂房柱为双肢柱时，管道在穿柱子的地方，要注意柱肢间斜腹杆的设置要避开管道或者是调整管道位置。
（2）柱间支撑的位置
对结构来说，柱间支撑设在温度区段的中间是最好的，但这个应由工艺专业来确认。在实际的工程中，很多时候为了满足工艺要求，柱间支撑都不在中间。
（3）钢管混凝土排气孔的留设
厂房柱设计中经常用到钢管混凝土，需要注意不要将排气孔留在柱顶，经常留在柱顶的排气孔被吊车梁下翼缘盖住，造成排气不畅，最后爆管，建议设在柱顶侧面，超灌时比较好控制。
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（4）柱子与屋面放在一起计算
目前设计的精细化程度都比较高，为了使计算的简图更加贴近实际工况，用PKPM平面框架计算排架结构时，把屋面梁或屋架建在同一模型中，这样可以考虑他们之间刚度的相互影响，计算更加准确。
2.3吊车梁系统
（1）确认吊车是否带水平导向轮
有很多设计人员可能没有注意到这一点，在大跨度厂房中，吊车的跨度大，吊车一般都带有水平导向轮，这个需要在选择压轨器时注意，由于水平导向轮有一定的高度，所选的压轨器和连接螺栓与水平导向轮不能碰。现场出现过由于压轨器选择错误，导致现场安装后才发现吊车不能运行，处理办法主要是更换压轨器或者是吊车梁上翼缘与柱连接节点处高强螺栓反装。
（2）上吊车梁走道板钢梯设置
上吊车梁走道板钢梯在设计时应注意结合内网的排管图，保证踏步上方的净空。吊车梁走道板的楼梯开孔不要开在走道板的中间，这样很难通行。
（3）柱间支撑处吊车梁与柱顶连接螺栓
吊车梁在柱间支撑处通过高强螺栓与柱顶节点板连接，用来传递吊车的纵向水平刹车力和山墙的风荷载。很多人会忽视屋面横向天窗在风荷载作用下产生的水平力，由于厂房发热量比较大，横向天窗的数量相应也多，所以不能忽视。
（4）吊车梁钢轨伸缩缝位置
吊车梁钢轨的伸缩缝(15mm或与厂房伸缩缝相匹配)位置通常设在厂房吊车梁伸缩缝位置附近，拼接接头应与梁的伸缩缝错开约500mm，两者不要重合。
（5）长悬挑吊车梁远端支座受拉
在工程中有时会碰到厂房端部吊车梁悬挑出去较长，通过计算远端支座不是受压，而是受拉，这时远端支座应做成平板式支座，与柱顶连接可靠，而不能采用凸缘式支座。
2.4屋面结构优化设计
该工程部分柱距为15m，若屋面按跨度15m设计檩条，可选用实腹式H型钢、高频焊H型钢或者H型钢蜂窝梁，这几种类型的H型钢檩条的间距大，用钢量高，并且翼缘钢板厚，不便于屋面板连接。综合考虑屋面支撑系统和围护结构，该工程采用在两榀屋架间设主次桁架，主桁架沿厂房纵向，在主桁架中部沿厂房横向设次桁架，檩条支承在次桁架上，这样可以把檩条间距减小到7.5m，屋面檩条就可以直接采用C型檩条或Z型檩条体系。同时主次桁架可兼做屋面支撑系统的系杆支撑屋架，这种支撑体系的屋面刚度较大，比较适用于重型钢结构厂房。
2.5高强钢的应用
重型厂房中吊车的吨位都比较大，吊车梁的高度也比较高，这时可以采用高强度的Q390，Q420钢材，这样可以减小吊车梁高度，增加厂房下部净空，避免采用很厚的钢板，同时也可减少钢材用量。
2.6墙架系统
（1）墙架柱与吊车梁辅助桁架节间对应
厂房纵墙采用悬挂式结构，竖向荷载由墙架柱传给吊车梁辅助桁架，上端以天沟为水平支点。要注意的是墙架柱的位置要与吊车梁辅助桁架的节间对应，保证强加荷载以集中力传至辅助桁架的节点，而不是传至桁架的节间。同样墙架柱上部应与屋面天沟底部的加劲错开。这里面还有一点需要注意就是，墙架柱的上段以天沟作为支点，天沟平面外刚度较差，受弯性能较弱，应该在墙架柱支点位置，把天沟与屋面支撑体系相连，这样墙面的水平力就通过天沟传给屋面支撑体系。
（2）山墙墙架柱间设支撑
山墙采用自立式结构，竖向荷载由墙架柱直接传到基础，上端以屋面檩条作为水平支撑点。当厂房较高或吊车吨位较大时，为保证山墙的刚度，在墙架柱间宜设置柱间支撑，尤其是在地震烈度较高的地区更应该设置。对单跨厂房一般设置一道柱间支撑，当厂房高度与跨度之比较大时(高度接近跨度的2倍时)宜设置两道柱间支撑。对等高多跨厂房，可仅在两侧跨的山墙设置柱间支撑;对不等高多跨厂房，应在高跨和低跨分别设置。在柱间支撑的节点处，宜设置通常的水平系杆，作为未与柱间支撑相连的墙架柱的侧向支承点。
结语
工程结构复杂，设计难度大，为最大程度的降低钢结构的用钢量，在设计过程中进行了多次方案优化工作，结构选型合理，设计软件应用得当，参数选取准确。该工程社会和经济效益可观，为厂房设计提供了新的结构、构件形式，为将来辽河油田重型钢结构设计提供了依据和宝贵的经验。
参考文献
[1] 赵熙元.单层工业厂房钢结构的现状与展望[J].结构展望，1990，(1):26-33.
[2] 童根树,李东.厂房纵向支撑体系的设计强度和刚度要求[J].浙江大学学报(工学版)，2004，38(5):610-620.
论文作者:李雪梅
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷第12期
论文发表时间:2020/4/3
标签：吊车论文; 厂房论文; 檩条论文; 屋面论文; 桁架论文; 结构论文; 基础论文; 《建筑实践》2019年第38卷第12期论文;