广宁县建筑设计室 广东广宁 526300
摘要：工业厂房是工业生产的重要场所，其结构设计对厂房的安全性能以及工业生产具有较大的影响，对其展开研究十分必要。本文结合工程实例，对该工业厂房钢结构设计进行了分析和介绍，以期能为其他类似工程设计提供参考借鉴。
关键词：工业厂房；钢结构；设计
0 引言
随着我国国民经济的快速发展，我国的工业取得了巨大的进步，工业厂房的建设也日益增加。在工业厂房建设中，钢结构以其施工速度快、自重轻、强度高、抗震性能好以及环保等优点，得到了广泛的应用。因此，对工业厂房钢结构设计进行分析，确保工业厂房良好的结构性能具有十分重要的意义。
1 工程概况
某工业厂房跨度方向总长为82m，纵向总长为96.78m，单跨最大跨度为20m，柱距为7.5m，建筑高度13.80m，檐口高度12m。该结构为五跨连续单层钢结构厂房，跨度分别为10m(AB轴)、16m(BC轴)、16m(CD轴)、20m(DE轴)及20m(EF轴)。每跨刚架上均设有吊车，具体吊车吨位及标局见图1。
本工程屋面和墙面均采用轻型保温板材体系，考虑檩条及预留吊挂后结构屋面恒荷载取0.5kN/m2，活荷载取0.5kN/m2，基本风压按荷载规范取0.4kN/m2，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，地震分组为第三组，场地类别为Ⅲ类。吊车主要性能参数见表1。
2 刚架结构设计
本工程结构类型为单层结构厂房，根据现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》、《钢结构设计规范》及《建筑抗震设计规范》来进行设计。
2.1 刚架截面选取
主刚架柱采用等截面柱(边柱)和阶形柱(中柱)，刚架横梁采用等截面和变截面梁，刚架每跨梁柱截面规格见图2。
2.2 刚架计算分析
采用PKPM结构设计软件进行单榀建模计算，将刚架附属结构等效为荷载进行施加，刚架梁柱材质均为Q345B，刚架柱底刚接。
(1)构件应力比
依据《钢结构设计规范》GB50017-2003，刚架构件应力比控制在0.90以下，图2为单榀刚架应力比图，由图可知，刚架梁最大应力比为0.9，位于E轴附近，刚架柱最大应力为0.68，位于F轴上，此处应力最大的原因为此处的吊车吨位较大，且跨度大。
(2)刚架横梁挠度
根据《钢结构设计规范》中规定，结构钢梁挠度限值为L/400，而《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中规定钢梁挠度限值为L/180，同时考虑屋面为轻型屋面后，本工程钢梁挠度限值控制为L/250。由图可知，钢梁最大挠度值位于DF轴处，为58.6mm(L/324)，小于58.6mm(L/250)，满足规范要求。
(3)刚架柱侧移
在主刚架计算中严格控制吊车梁节点处和檐口处的水平位移，由于该厂房中吊车等级为A5及A4级，钢结构设计规范中规定A6级以上吊车处水平位移限值为1/1250，对于其他级别吊车没有明确规定限值，考虑到吊车水平制动力对刚架的侧向刚度要求高，因此根据相关工程经验确定本工程刚架位移限值在L/1000以内，由图可知，刚架顶点侧移最大值为8.5mm(L/1505)，吊车处最大侧移为6.9mm(L/1183)，均在L/1000以内，因此该结构刚架柱侧移满足规范要求。
3 纵向支撑体系设计
3.1 柱间支撑设计
根据抗震规范9.2.15条，在厂房单元中部布置一道通髙的柱间支撑，厂房单元两端布置上柱柱间支撑，柱间支撑通过水平横梁连成整体。下柱支撑采用X形支撑，当上柱支撑空间较小时可布置为人字支撑，支撑采用双角钢，通过计算吊车纵向制动力和风荷载作用力来确定支撑截面大小。具体支撑布置见图6～7。
3.2 水平支撑设计
结构纵向长96.78m，柱距7.5m，根据抗风柱位置布置纵向系杆，保证纵向系杆应与抗风柱形成有效的连接，屋面支撑布置见图9。系杆间距为5m～6.8m，系杆截面为φ127x4和φ140x5，材质为Q235B。根据抗震设计规范，在屋面两端和中间各布置一道水平支撑，按只拉单元计算，支撑采用φ89x4和φ76x4，材质为Q235B。屋面系杆与支撑通常由长细比控制，通过计算，系杆长细比最大为174，小于规范规定的限值(200)，支撑长细比最大为316，小于规范规定的限值(350)。
3.3 屋/墙面檁条设计
屋面和墙面均选用轻质复合金属板材，即外板+保温棉+内板，内外板均为镀锌压型钢板，具备结构、装饰和防水三重功能。
屋面檩条均选用C250x75x20x2.5，材质为Q235B，檩条间距一般为1.5m，将恒荷载、活荷载和风载进行组合计算，最大跨处檩条变形值为26.9mm(L/278)，小于规范规定的37.5mm(L/200)。由于檩条跨度大于6.6m，根据相关规范相邻檩条间设置两道拉条，端部设置撑杆，从而增强屋面的整体性。
墙檩一般采用C220x75x20x2.5，通过计算其水平变形值为17.lmm(L/438)，小于规范规定的37.5mm(L/200)。门洞顶部由于设置设备支架要求，采用双C型檩条。雨棚位置处墙檩采用方钢管口200x4.0，墙面顶部设置斜拉条，门洞两侧设置双C型立柱，截面为C220x75x20x2.5。
4 吊车梁设计
本工程吊车梁跨度为7.5m，根据钢结构设计规范中规定的吊车梁挠度容许值进行计算，确定了不同吊车吨位下的吊车梁尺寸，见下表。
5 结语
综上所述，钢结构工业厂房相对其他结构厂房而言，具有独特的优势，将会得到越来越广泛的应用。在钢结构工业厂房设计过程中，设计人员要结合工程的实际情况和要求，充分考虑工程的质量、安全及成本因素，进行合理的计算和设计，从而确保工业厂房的结构性能以及经济效益。
参考文献
[1]浅析某工业厂房重型钢结构设计的特点[J].杨红旗,刘霄,焦汝生.港工技术.2013(04)
[2]厂房钢结构设计中的问题分析及对策探讨[J].张留.中国建筑金属结构.2013(24)
论文作者:廖海燕
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/24
标签：吊车论文; 钢结构论文; 厂房论文; 屋面论文; 檩条论文; 截面论文; 挠度论文; 《基层建设》2016年35期论文;