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摘要：国民经济发展迅速，传统的小型工业已经满足不了时代发展的需求，它的缺陷也日益明显，现代大型工业将其取代也是必然。除此之外，生产要求不断提高，大跨度超重型钢结构厂房也不断涌现，特别是在海洋工程、船舶、机械、冶金、沿海等建设项目中，对于大跨度超高重型钢结构厂房结构的设计也在不断成熟，本文对此进行研究。
关键词：超高重型；钢结构；大跨度厂房；设计要点
1.钢结构厂房概述
钢结构厂房主要是指主要的承重构件是由钢材组成的。包括钢柱子，钢梁，钢结构基础，钢屋架，钢屋盖，注意钢结构的墙也可以采用砖墙维护。由于我国的钢产量增大，很多都开始采用钢结构厂房了，具体还可以分轻型和重型钢结构厂房。用钢材建造的工业与民用建筑设施被称为钢结构。
2.大跨度超高重型钢结构厂房的结构组成
大跨度超高重型钢结构因为荷载较大，大多数都为单层厂房，根据承载作用，可以把它的结构分为吊车梁、屋盖、水平框架、纵向框架、墙架、支撑六大块，天窗架、柱、墙架梁、基础梁、托架等是它的构件组成。由柱子和屋架构成的水平框架承担着厂房的竖向和横向荷载，是厂房的重要承重结构。吊车梁、托架、柱结构构成了纵向框架，纵向框架不仅要承担竖向荷载，还要承受地震、温度作用，并且确保厂房的刚度。托架、屋盖支撑、屋架、天窗架等构件构成了屋盖结构。吊车梁结构包括制动梁和吊车梁。屋盖支撑、柱间支撑、附加支撑构成了支撑结构，把各个平面框架连接成固定的空间体系，从而确保厂房的刚度和稳定能力是支撑结构的主要作用。由墙架梁和墙架柱组成的墙架结构主要是用来承担和传递墙体的重量的。
3.某大跨度超高重型钢结构厂房结构设计实例分析
3.1工程概况
某钢铁制品有限公司厂房位于港口，为单层单跨刚框架结构，跨度25.4m，高度60m柱距24m长度200m。该厂房高51.05m处运行4台500t吊车，高24.225m处运行2台160t吊车，吊车均为A2类工作制。在该类型的高大厂房中，为保证其结构稳定性和吊车运行的安全性，框架柱的刚度尤为重要，因此该工程提出了如下结构设计方案：
3.2结构选型
该方案采用单阶三肢柱，柱肢截面为HW498×432，柱缀条采用
Ф219×16，屋架为三肢桁架，上下弦截面为HW400×400，腹杆为Ф219×10。在进行结构分析计算时，选用3D3S计算软件，选取单榀框架进行平面分析，不考虑其空间作用，通过对此方案进行分析计算，其中位移和应力结果为：①在风荷载作用下，柱顶位移角为1/290；②大吊车水平荷载所产生的轨顶位移角为1/900；③柱底部的应力比为0.98。
相关研究人员对此进行了分析对比，总结得出以上的方案存在着下述两个问题：①按照相关规定，在风荷载作用下，有桥式吊车的单层框架的柱顶位移角不宜超过1/400，上述方案超出规范限制较多。②同时，按照规定：一台最大吊车水平荷载所产生的轨顶位移角为1/1250。上述方案也超出较多，显然该方案框架刚度偏小，且应力比偏高。
因此，该公司就针对这两个问题，对结构设计方案作出了以下的调整：
方案1：原3肢柱改为4肢柱，柱肢及缀条截面均不变。
方案2：采用三阶3肢变阶柱，下阶肢距改为5m，第二阶肢距4m，第三阶肢距3.5 m，柱肢及缀条截面均不变。
方案3：采用二阶变阶柱，下阶采用4肢柱，肢距5 m，第二阶采用3肢柱，肢距3.5m。
通过对上述三个方案的对比分析，方案1框架刚度提高不多，用刚量却大；方案2框架刚度有较大的提高，用钢量却最小，但变阶次数多施工比较不方便；而方案3框架刚度提高最大，用刚量也增加不多，因此，选择方案3作为实施方案。
3.3设计步骤
在结构的选型完成后，开始针对整个结构的特性设计。以下就是基本的设计步骤。
3.3.1荷载选取
根据以上地方的特征选取的荷载如下：
恒载：0.25kN/m2；活载：屋面0.5kN/m2；风载：基本风压ω0=0.8kN/m2。
地震作用：考虑多遇到地震，设防烈度为7度，水平地震影响系数最大值取0.12；计算振型数为9；建筑结构阻尼比为0.03；特征周期为0.45s；场地类别为Ⅲ类；地震分组为第一组。
计算时应考虑吊车轮压的最不利位置，钢材全部采用Q345-B，螺栓采用扭剪型高强度螺栓（10.9级）。
3.3.2计算方法
考虑到该工程的重要性和复杂性，使用3D3S和MIDAS两种分析软件，采用平面结构有限元分析方法，对单榀框架进行分析。框架结构变形的分析包括恒载和活载作用下屋盖的竖向位移，风荷载作用下的柱顶水平位移。柱顶位移及周期如表1所示，计算结果满足相关规范的要求。计算表明，吊车荷载和风荷载起控制作用，地震作用不起控制作用。
3.3.3截面设计
软件不仅可以帮助计算，随着技术的进步，现在的软件可以帮助工程师进行截面的选取，工程师再根据自己的经验来判定结果的优劣。输入地震、风载及恒活载等参数及控制因素，初选截面由程序进行截面验算，按相关规定控制梁、柱等构件翼缘的宽厚比和腹板的高厚比。根据验算结果对杆件截面进行调整优化，使得截面变化与内力大小尽可能趋于一致。
结束语：总之，为了满足重型厂房的生产需求，就需要在原有基础上，对厂房结构进行更为合理的设计。所以这就要求相关设计人员在设计时要做好厂房结构选型，利用专业软件精确计算各项数据，不断提高设计方案的合理性，满足结构建设稳定性与强度的要求。
参考文献
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[2]张淑珍许惠雯雷润亚.浅析重型钢结构厂房的结构设计[J].陕西建筑.2011.
[3]姚满喜.以实际工程为例探讨大跨度钢结构厂房的结构设计[J].建筑工程技术与设计.2017.
论文作者:龚继凯
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/8/22
标签：荷载论文; 结构论文; 吊车论文; 截面论文; 框架论文; 方案论文; 位移论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;