600t橋式吊車鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計概述

張漪 雷潤亞

中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設(shè)計院，秦皇島 066004

600t橋式吊車鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計概述

張漪 雷潤亞

中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設(shè)計院，秦皇島 066004

針對鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)置雙層吊車，上層為600t特大噸位吊車，軌頂標(biāo)高高，柱子承受特大荷載的情況，本著結(jié)構(gòu)設(shè)計安全、經(jīng)濟(jì)的原則，設(shè)計采用了“鋼管砼柱”這種由鋼管和混凝土共同承擔(dān)荷載的鋼-砼組合結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮混凝土抗壓強度較高的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)減少鋼材用量、降低工程造價之目的。

600 t橋式吊車；排架；雙肢鋼管砼格構(gòu)柱；軸力設(shè)計值；組合結(jié)構(gòu)

1 工程概況

大連萬陽重工有限公司重型加氫反應(yīng)器建設(shè)項目位于遼寧省大連市長興島臨港工業(yè)區(qū)，該公司主要依托其母公司“撫順市機械設(shè)備制造有限公司”的技術(shù)、資質(zhì)、人員等優(yōu)勢資源，充分利用建設(shè)地點的海域資源，解決超重、超大型容器的運輸問題，實現(xiàn)企業(yè)的長期發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行的異地建設(shè)項目。該公司屬于機械制造領(lǐng)域，是為石化工業(yè)制造特種大型壓力容器的專業(yè)公司。該項目總投資29900萬元，年生產(chǎn)重型反應(yīng)器7000噸，高壓容器3000噸，新建重型容器車間、副跨車間、備料車間、辦公樓、綜合樓、液化石油氣站、變配電站等建筑，新建建筑面積71244平方米。

2 主廠房概況

該項目鋼結(jié)構(gòu)主廠房長480m，寬114m，建筑面積54720平方米，檐口標(biāo)高31.930m，屋脊標(biāo)高34.300m，為雙坡屋面，設(shè)橫向通風(fēng)采光天窗，屋面、墻面圍護(hù)均采用壓型鋼板。廠房平面布置主要由重型容器跨和副跨組成，跨度均為42m，柱距12m，每跨均設(shè)雙層吊車，兩跨的軌頂標(biāo)高相同，上層22.000m，下層13.000m。重型容器跨上層吊車600t，下層吊車160t，副跨上層吊車200t，下層吊車50t。

3 主廠房結(jié)構(gòu)特點

該項目場地為吹沙填海人工造地，地基條件復(fù)雜，廠房柱采用樁基礎(chǔ)，樁型為鉆孔灌注樁。上部鋼結(jié)構(gòu)廠房由排架系統(tǒng)、吊車梁系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)和墻架系統(tǒng)四部分組成。排架柱采用雙肢鋼管砼格構(gòu)柱，柱頂與鋼屋架鉸接，吊車梁采用焊接H型鋼，屋面、墻架結(jié)構(gòu)均采用冷彎薄壁C型鋼。

該鋼結(jié)構(gòu)廠房最大吊車噸位600t，為特大噸位吊車，僅吊車自重就達(dá)526t，在傳統(tǒng)鋼鐵領(lǐng)域設(shè)計中還未曾遇到，此外，廠房設(shè)置了雙層吊車，且600t吊車設(shè)在了上層，以上因素最終導(dǎo)致柱子承受的軸力設(shè)計值達(dá)到1300t，針對柱子承受的特大荷載，又本著結(jié)構(gòu)設(shè)計安全、經(jīng)濟(jì)的原則，根據(jù)鋼與砼材料的力學(xué)特性，我們采用了“鋼管砼柱”，即：在鋼管內(nèi)灌入混凝土，由鋼管和混凝土共同承擔(dān)荷載的組合結(jié)構(gòu)。該組合結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮混凝土抗壓強度較高的優(yōu)勢，從而減少鋼材的用量。另外，鋼管會對混凝土產(chǎn)生約束，混凝土的強度還能得以提高，同時管內(nèi)的混凝土提高了鋼管板件的局部穩(wěn)定性，使其強度得以充分發(fā)揮，實現(xiàn)兩種材料互相彌補各自的缺點，發(fā)揮各自優(yōu)勢的目的。在柱子施工圖設(shè)計中，柱肢鋼管采用了φ700x16的Q235-B級鋼，管內(nèi)灌入了C40級無收縮細(xì)石混凝土。

采用鋼結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件STS對該廠房排架柱進(jìn)行計算，承受荷載最大柱段的內(nèi)力與驗算結(jié)果如下：

結(jié)構(gòu)類型：單層鋼結(jié)構(gòu)廠房；

設(shè)計規(guī)范：按《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》(CECS28:90) 驗算；

結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.00；

抗震設(shè)計：考慮；

抗震設(shè)防烈度：7度（0.10g）；

鋼材：Q235；

截面類型=82；布置角度=0；計算長度：Lx=49.98，Ly=12.00；長細(xì)比：λx=35.5，λy=60.3；

構(gòu)件長度=12.00；計算長度系數(shù)：Ux=4.16，Uy=1.00；

鋼管混凝土組合截面：N=2，D1=700，T1=16.0，D2=700，T2=16.0，D X=0，D Y=4050，RC=40；

綴材：第2類，斜綴條：Φ245*10.0，綴條間距：4050；

控制整體承載力驗算對應(yīng)組合號：109，M=13365.53，N=12883.17，M= -9412.43，N= -12524.21；

考慮長細(xì)比影響的整體承載力折減系數(shù)φl*=0.746；

考慮偏心影響的整體承載力折減系數(shù)φe*=0.661；

整體承載力設(shè)計值=20843.014；

作用軸力與整體承載力的比值=0.618；

控制左肢承載力對應(yīng)組合號：123，M= -10726.75，N=5765.10，M=5853.77，N= -5206.78；

左肢單管所受軸力（壓力）=5531.13；

左肢單管承載力設(shè)計值=12317.63；

左肢單管作用力與承載力的比值=0.449；

控制右肢承載力對應(yīng)組合號：109，M=13365.53，N=12883.17，M= -9412.43, N= -12524.21；

右肢單管所受軸力（壓力）=9741.72；

右肢單管承載力設(shè)計值=12317.63；

右肢單管作用力與承載力的比值=0.791；

容許圓管外徑與壁厚之比[D/ T]=85.00；

綴條穩(wěn)定計算最大應(yīng)力對應(yīng)組合號：1，M=2527.38，V=72.67，M= -1655.30，V= -72.67；

斜向綴條穩(wěn)定計算最大應(yīng)力（N/ mm*mm）=114.92；

作用軸力與整體承載力的比值<1.0；

左肢作用力與承載力的比值<1.0；

右肢作用力與承載力的比值<1.0；

斜向綴條穩(wěn)定計算最大應(yīng)力

圓管外徑與壁厚之比D/ T=43.75<[D/T]=85.00；

壓桿，平面內(nèi)長細(xì)比λ=36≤[λ]=120；

壓桿，平面外長細(xì)比λ=60≤[λ]=120；

斜綴條長細(xì)比λ=69≤[λ]=120；

構(gòu)件重量（含綴材，單位：Kg）=28488.83；

經(jīng)過計算，鋼管內(nèi)的砼分擔(dān)了柱子荷載的47%，與普通焊接H型鋼柱相比，節(jié)約鋼材39%，節(jié)約鋼材總重925t，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)顯著，為業(yè)主大幅降低了主廠房的工程造價。

圖1 主廠房內(nèi)景

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.026