摘要：随着国民经济的快速发展，大柱距，大跨度，大吨位的重型钢结构厂房在工业厂房中的应用目益广泛。本文结合某矿山选矿生产线重型钢结构厂房的结构设计实例，对吊车吨位超过100t的重型钢结构厂房在结构设计中需把握的要点进行了阐述。
关键词：重型钢结构厂房；结构设计；厂房
1工程概况
某矿山选矿生产线重型钢结构厂房为两跨（高低跨）刚架结构。建筑主体结构设计使用年限50年，建筑结构安全等级二级。建筑抗震设防分类为标准设防类，抗震设防基本烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组第一组。建筑场地类别Ⅱ类，设计特征周期0.35s。基础持力层为强风化泥岩，基础形式采用钢筋混凝土独立基础。
2结构布置
厂房总长度132m、跨度24m+24m，基本柱距12m，屋面坡度1∶20。厂房高跨部分采用双肢格构柱，刚架柱高23.5m。高跨部分内设双层吊车，上层设A5级125/50T软钩吊车一台、轨顶标高17.6m，下层设A5级20/5T软钩吊车两台、轨顶标高l1.1m。厂房低跨与高跨部分毗邻建造，厂房低跨部分采用焊接H型钢实腹柱，刚架柱高16.5m，设单层A5级20／5T吊车两台、轨顶标高l1.1m。厂房屋面梁采用焊接H型钢变截面实腹梁。屋顶设通风气楼，喉口宽度4m。屋面、墙面维护结构采用彩色压型钢板，屋面檩条采用高频焊接H型钢檩条，墙面檩条采用C型冷弯薄壁型钢檩条。
3荷载取值
厂房屋面恒荷载取值按彩色压型钢板（厚0.8mrn，保温棉）0.15kN/m2，檩条、拉条、隅撑及支撑等0.20kN/m2，通风气楼线荷载3.0kN/m经倒算后再按节点集中荷载输入。屋面活荷载取值0.30kN/m2（刚架计算）0.50kN/m2（檩条计算）。根据《荷规》基本风压取0.40kN/m2，风载体型系数按不等高双坡屋面选取，风压高度变化系数按照B类地面粗糙度采用。吊车竖向荷载和水平、纵向刹车力按工艺专业提供的最大最小轮压，轮距和吊车台数，按影响线导算后在吊车梁节点标高处输入并考虑吊车荷载的偏心影响。
4刚架计算分析
刚架结构计算采用PKPM系列重型钢结构厂房计算软件STPJ，主体结构钢材采用Q345B级钢。
4.1截面取值
髿轴刚架柱的下柱和中柱截面采用双柱格构柱2H550×300×12×20肢距1500，斜缀条和横缀条采用TN125×125×6×9。上柱截面采用焊接H型钢柱H800×350×12×16并设置上层吊车检修通道人孔。鬀轴刚架柱的下柱截面采用双柱格构柱2H550×300×12×20肢距2000，斜坠条和横缀条采用TNI25×125×6×9。中柱截面采用实腹式阶形柱并设置下层吊车检修通道人孔，上柱截面采用焊接H型钢柱H800×350×12×16并设置上层吊车检修通道人孔。髿轴和鬀轴上柱和中柱之间采用肩梁连接，并兼做吊车梁的支座，肩梁必须具有足够的强度和刚度并加强构造，以保证阶形柱的整体工作。鬁轴刚架柱采用等截面焊接H型钢柱H600×450×10×18。屋面梁截面采用焊接H型钢变截面梁H（850～450）×300×8×12，H（450～650）×300×8×12。根据《抗规》9.2.14条关于轻型屋盖厂房按"低延性、高弹性承载力"两倍地震力作用下性能设计的规定，刚架柱、屋面粱板件宽厚比仅按《钢规》弹性设计要求的限值控制。
4.2构件计算长度确定
单阶和双阶柱在刚架平面内的计算长度由STPJ程序按《钢规》5.3.4条计算确定。在确定阶型柱平面内计算长度时刚架柱顶与横梁的连接可偏安全的按铰接考虑。阶型柱在刚架平面外的计算长度取平面外支撑点之间的距离。平面外支撑点根据吊车梁位置和厂房纵向支撑体系确定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆屋面梁平面内计算长度取屋面梁跨度，平面外计算长度取隅撑间距6m。
4.3计算结果
对刚架柱STPJ程序按荷载效应组合后的内力结果进行强度验算，平面内整体稳定和分肢稳定验算，平面外分肢稳定性验算，缀条强度和稳定验算。刚架柱长细比控制150，强度应力比控制0.75，稳定应力比控制0.83。屋面梁考虑活荷载不利布置，强度应力比控制0.85，稳定应力比控制0.9。轻型屋盖厂房屋面梁在恒载和活载标准值作用下的绝对挠度按1/250控制。屋面梁在腹板内设置横向加劲肋确保梁腹板的局部稳定。刚架在风荷载标准值作用下的柱顶水平位移按1/400确定。上层125/50T吊车为A5级工作制，因此刚架在吊车梁顶标高处，由一台最大吊车水平荷载产生的刚架柱位移按1／800控制。刚架肩梁节点，人孔节点均应按《钢结构设计手册》要求进行节点补充验算，满足其受力和构造要求。肩梁相当于转换梁，把上柱荷载通过转换传递给下柱并承受大吨位吊车水平和竖向荷载。为了加强肩梁刚度和传力的可靠性，上柱内翼缘应开槽后焊于肩梁腹板。肩梁腹板应局部加厚并设置加劲肋以承受吊车竖向荷载的局部压应力。
5吊车梁系
统吊车工作时，启动和制动均会对吊车梁产生横向水平力，因此对小吨位吊车必须将吊车梁上翼缘加强，对大吨位吊车应设置制动结构。厂房上层125~50T吊车位置走道板均按制动板设计，对边柱列增设制动边梁和制动板一起构成组合截面抵抗吊车横向刹车力。厂房下层20/5T吊车位置采用加强吊车梁上翼缘、设制动板或制动桁架的方式抵抗吊车横向刹车力。所有吊车梁均应进行强度，疲劳、竖向挠度、加劲肋区格局部稳定验算。对无制动结构的吊车梁补充整体稳定计算。对有制动结构的吊车梁补充验算制动结构的强度、水平竖向挠度和稳定性。吊车梁上翼缘与刚架柱的连接采用板铰连接。
6支撑体系
厂房屋面支撑系统用于保证屋盖结构在平面内的整体刚度和空间整体性，传递山墙风荷载、吊车纵向刹车力和厂房纵向地震作用。本工程厂房内按规范要求在两端跨和有柱间支撑的开间设置横向水平支撑，由于厂房内吊车吨位大，在纵向轴线处均设置纵向水平支撑。横向、纵向水平支撑均采用角钢十字交叉支撑。屋面采用大跨度、大间距高频焊接H型钢檩条兼做屋面刚性系杆并在其三分点处设置角钢拉条和斜拉条。屋面隅撑采用双角钢截面。厂房柱间支撑系统用于将山墙风荷载、吊车纵向刹车力、厂房纵向地震作用传递给基础，并在刚架平面外为刚架柱提供可靠的支撑点。本工程在厂房内两端跨设置上柱支撑，中间跨设两道上柱、中柱和下柱支撑。上柱支撑采用双片槽钢K形支撑，中柱支撑采用双片钢管K形支撑，下柱支撑采用双片钢管十字形支撑。柱间支撑与节点板连接的焊缝长度按不小于支撑杆件塑性承载力的120％确定。
7墙面维护结构体系
厂房墙面维护结构采用C型冷弯薄壁型钢檩条和彩色压型钢板。厂房柱距为12m，在两刚架柱之间增设墙架柱承受厂房横向风荷载和墙体自重。墙架柱柱距为6m，高度约为23.5m，墙架柱沿高度方向设四个支承点，分别位于柱顶、17.6m标高吊车梁走道平台，9.9m标高沿纵轴线的水平抗风桁架和墙架柱基础顶面处。厂房山墙中部开设15m宽大门，山墙抗风柱柱距6m无法直接落地，因此在17.45m和10.70m标高增设两层钢管桁架承受山墙风荷载和竖向荷载。山墙上层钢管桁架跨度22m采用三角形桁架，两端支承于上层吊车梁上。其水平桁架部分用于承受山墙上部风荷载，竖向桁架部分用于承受山墙竖向自重。水平和竖向桁架之间由三道斜钢管连接。山墙下层水平钢管桁架跨度22m，用于承受山墙下部风荷载，两端支承于下层吊车梁上。下层水平钢管桁架和山墙抗风柱之间用斜拉杆连接以满足其竖向变形要求。
8节点设计
重型钢结构厂房内构件种类繁多，构件相互之间的连接节点形式复杂多样。节点设计时除应满足承载力要求外，节点构造还应和结构计算时所采用的计算假定保持一致。刚架柱的柱脚节点按刚接设计，柱脚形式采用插入式柱脚。刚架柱的柱底轴力由柱脚底板传递到基础上，柱底弯矩和剪力由柱脚H型钢分肢的翼缘与混凝土基础的承压力来传递。柱脚H型钢分肢的插入深度由计算和构造要求的最小深度确定。独立基础顶面留设杯口，待刚架柱安装就位后用高标号的细石混凝土二次浇灌。
结束语：
本文简要概述了重型钢结构厂房的基本设计流程。设计中应注意根据重型钢结构厂房结构体系复杂的特点，在满足工艺专业要求的前提下，尽量优化设计方案，合理确定柱网尺寸、结构形式和构件截面尺寸，同时满足结构安全性和经济性的要求。
参考文献
[1]杨庆峰.重型钢结构厂房吊车梁更换改造的设计分析[J].钢结构，2018，33（08）：62-65.
[2]黄勇标.大跨度超高重型钢结构厂房结构设计的分析[J].建材与装饰，2018（35）：68-69.
论文作者:张静
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/30
标签：吊车论文; 荷载论文; 屋面论文; 型钢论文; 厂房论文; 截面论文; 山墙论文; 《建筑学研究前沿》2018年第27期论文;