摘要：如何在确保厂房施工质量前提下，实现低成本、高质量成了企业重点关注的问题。门式刚架在钢结构厂房中应用较为广泛，其与传统钢筋砼厂房比较有显著优点，其优点在于施工便捷、施工周期短、工程成本低、同时材料可回收利用等，因此厂房采用门式钢架结构形式，其经济效益和社会效益高。本文对大型钢结构厂房的结构设计进行探讨，希望能为相关从业者提供一定的参考意见。
关键词：大型；钢结构厂房；结构设计
引言
钢结构目前广泛应用于厂房、仓库等建筑中。其结构形式主要为刚架或排架，结构体系主要包括钢柱、钢梁、屋面水平支撑、柱间支撑、吊车梁等。在该类厂房的设计中，为确保承重结构的正常工作，提高结构的整体刚度，承担和传递纵向水平力（风荷载、吊车刹车荷载等），应根据结构及其荷载的不同情况设置可靠的支撑系统。
1工程概况
以某一大型公司的结构厂房建设项目为例，该项目分为一、二两期进行建设，一二两期工程各为厂房面积的一半。一期的建设工期为100d，二期的建设工期为90d。厂房的纵向长度为150m，横向宽度为180.6m，总建筑面积为27564㎡。沿着厂房的纵向，柱与柱之间的跨距为7.5m，沿着横向，跨距则为30m。在厂房的中间部位处，设置有温度伸缩缝。在每跨内设置有两台10t的电动单梁吊车。厂房的立面采用双脊双坡的形式，坡度则控制在5%。墙体采用蒸压加气混凝土砌块，其厚度控制在240mm。在墙体沿着高度的方向，设置有三道圈梁。屋面采用单层压型钢板，其厚度控制在0.5mm，在其下部则为保温玻璃棉并配置金属网，玻璃棉的厚度为75mm。为了不耽误企业的正常生产，厂房急需短时间内完成。经过相关工作人员的研究和探讨，厂房的结构设计决定采用门式刚架结构。
2厂房的结构设计
由于本工程的建筑平面尺寸比较大，结构布置成了该工程设计的重点和关键，尤其是要处理好横向温度伸缩缝及支撑的布置和如何选取支撑形式。
2.1横向温度缝的设置
本工程的厂房的设计主要是按照CECS102：2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的规定。该工程的横向宽度为180米，纵向长度为150米，按照规程的规定，其横向宽度是不符合规定的。针对这种大面积的厂房，首先要解决的问题就是要先处理温度伸缩缝。对于长框架所产生的温度伸缩缝问题，一般可以采取的解决办法包括两种：①消除温度变化所产生的应力，可以在柱顶或者梁中的合适位置处设置滑动支座；②在中部设置双柱，此外，可以将较长的一榀框架分成两榀，从而使框架的长度满足规程要求的横向温度区段的长度。在第一种处理方案中设置滑动支座，一种是将其设置在柱顶，另外一种则是将其设置在梁中反弯点处。根据其他工程的相关工程经验可以知道，设置滑动支座的这两种方法均在侧向位移和用钢量方面能够取得较好的效果，但是仍存在着一定的不足之处，比如说由于梁截面变化较大会对滑动支座的安装造成不利的影响，为了解决这一问题，需要设置大量的屋面支撑。在第二种处理方案中，设置双柱的措施需要设置一排钢柱，这样会导致用钢量的增多，但是这种方法可以很好地消除温度应力多产生的不利影响。因此经过综合的分析考虑，在该工程中，设计人员最终决定在横向中部设置双柱。
2.2柱间支撑设计要点
2.2.1设计原则
1）明确合理、简捷地传递纵向水平力，尽量缩短传力的途径。2）可为结构和构件的整体稳定提供平面外侧向支点，减少构件平面外的计算长度。3）满足必要的强度、刚度要求，确保连接具有可靠性。4）便于安装，并保证安装过程中结构的稳定。
2.2.2柱间支撑形式及布置原则
柱间支撑一般有三部分组成：1）在吊车梁或吊车桁架以下至柱脚处设置的下段柱支撑和下段柱系杆。2）在吊车梁或吊车桁架以上至屋架下弦间设置的上段柱支撑。3）屋架端部高度范围内的垂直支撑和上、下系杆。上段柱支撑的形式一般选用十字交叉形、人字形、八字形等；下段柱支撑的形式一般选用十字交叉形、人字形等。下段柱柱间支撑位置应尽量设置在温度区段的中间位置，上段柱支撑除了在有下段柱柱间支撑的柱距间布置外，还应在温度区段的两端设置上段柱柱间支撑。
2.2.3截面形式选择
柱间支撑分为单片支撑和双片支撑，截面选择的越好，支撑杆件的稳定性越高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当采用单片支撑时，一般采用单个不等边角钢，短边与柱相连，或采用两个角钢组成T形截面。当采用双片支撑时，一般采用两个不等边角钢的长边，或两个等边角钢组成的截面与柱相连，当支撑内力较大时，可采用工字钢或槽钢组成的截面，且两单片支撑间应以连系杆相连。
2.2.4柱间支撑内力计算
作用于柱间支撑的纵向水平力包括纵向风荷载、吊车纵向水平荷载及其它水平荷载。1）纵向风荷载：由房屋两端山墙传来的集中风荷载W。2）吊车纵向水平荷载标准值Td。3）作用在房屋纵向的其他水平荷载H。当设置两道及两道以上的柱间支撑时，该列柱的全部纵向水平荷载由柱列所有柱间支撑共同承担。
2.3内力的计算
本次工程项目是采用门式刚架结构，对于所有的梁与柱、柱与基础都是采用刚接处理。工作人员在分析内力时，可以采用STS钢结构计算软件来计算所有刚架在恒、活、风以及吊车等荷载作用下的内力。通过计算得出的结果为：0.92是钢柱的最大应力比，0.95是钢梁的最大应力比；1/247是钢梁的最大挠度值；在风荷载作用下，柱顶的水平位移值为1/7526；在吊车横向水平刹车力作用下，柱顶水平位移值则为1/1948；每榀刚架总的重量为12848千克。边柱截面尺寸则为H650×330×8×14，中柱截面尺寸为H600×300×8×14，梁截面尺寸在变截面段为H（800~600）×250×6×10，H600×250×6×8则是等截面段。根据专人统计得出，本次工程项目的厂房包括所有的刚架、檩条、拉条、支撑以及钢天沟在内的全部重量总和为37.14kg/㎡，其经济效益是相对比较高的。
3钢结构厂房的加固设计措施
3.1常用的加固方法
钢结构厂房进行加固通常是有两种技术措施：一种是对原结构进行内力调整，也就是通过有效的措施改变其计算简图，另一种是对原有的构件进行参数或者连接调整。
3.2加固设计优选技术方案常用措施
（1）通过加设刚性系杆或者是在柱间加设辅助支撑杆件等，达到减小受压杆件的计算长度的效果。（2）改变梁、柱节点的连接方法，改善结构内力的分布特点，从而加强梁、柱节点的承受能力。（3）加设中间支柱或者斜撑从而减少梁的跨度，达到提高梁的承载力的效果。（4）施工空间受到限制时，采用预应力技术使构件获得与荷载效应相反的内力，可以在不增减加载面面积的情况下优化构件的内力分布，实现结构加固的目的。（5）减轻原结构的受力，如增加维护结构使原结构共同受力，和承重结构共同工作。（6）增加构件自身的承受能力，如改变梁截面、柱截面的几何参数。
4施工注意事项
制订了加固措施后，设计方和施工方需详细编制施工方案，以确保加固施工中的人员安全及工程质量。（1）由于待加固厂房大部分都是已经进行正常生产的，因此需要分别对车间生产人员和加固施工人员制订安全防护措施，如安全帽、安全带的配置、灭火器的宣传使用等。如果有条件可以安排加固施工与车间生产交错进行。（2）如果在厂房内有易燃易爆物品堆放区域，应采取防护措施并配置专门的人员看护以避免焊接时掉落的火星引起失火。由于钢材并不具有耐火性，如果在钢结构厂房中失火很容易引起重大事故。（3）焊接工艺需控制焊接变形和防止应力集中。（4）加固设计中所选用的结构支座、角钢等主要构件在加工完成以后需直接送到施工平台上使用。
结束语
随着工业建设的快速发展，鉴于轻型钢结构厂房设计灵活，施工工期短以及成本较低等优势，其在工业建设中得到广泛应用。通过结合笔者以往轻型钢结构厂房设计实例，笔者认为轻型钢结构厂房虽然设计工序简单，但是为了能使钢结构厂房设计得到最优化，应当从横向温度伸缩缝处理、支撑形式选取以及支撑构件的合理布置角度考虑。文章对某一大型公司的钢结构厂房设计实例进行了分析，鉴于本工程建筑平面尺寸比较大，在温度伸缩缝方面通过采取在柱顶或者梁中适当的位置安设滑动支座以及设置双柱方式处理；沿厂房纵向设置4道屋面水平支撑等，使得本工程最终结构设计无论是结构受力模式、结构安全性以及工程成本得到最优化，可为同类工程提供参考借鉴。
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论文作者:张涛,张一平
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/7
标签：荷载论文; 截面论文; 结构论文; 厂房论文; 纵向论文; 吊车论文; 结构设计论文; 《防护工程》2018年第21期论文;