某大型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)與思考

■馮常義 ■中冶東方工程技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010

鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)特點(diǎn):設(shè)計(jì)先進(jìn)，采用最先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，充分發(fā)揮鋼材力學(xué)特性和鋼構(gòu)架的總潛力，從而節(jié)約大量鋼材。結(jié)構(gòu)新穎、簡潔、輕巧，擴(kuò)大了建筑物的內(nèi)部空間，雙層保溫彩色壓型鋼板等新型墻體屋面材料圍護(hù)，更顯示建筑的時(shí)代感。而且鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)，制作精良，施工安裝簡便、快捷、安全。

1 工程概況

某公司無縫鋼管工程為配合公司產(chǎn)品進(jìn)一步系列化、多樣化，更大更多地滿足市場需求，提高企業(yè)在市場中的綜合競爭能力和企業(yè)的生產(chǎn)效益、社會(huì)效益。公司決定新建一套Ф340PQF連軋管車間工程。該廠房采用全鋼結(jié)構(gòu)，建筑面積為129598m2。廠房縱向全長為486m，橫向?qū)挾葹?52m，連續(xù)七跨組成?；局酁?8m，橫向分為42m，39m，39，36，36，33，27七跨。七跨內(nèi)均設(shè)橋式起重機(jī)，吊車工作制為 A6～A8級(jí)，吊車軌面標(biāo)高分別為10m，14m，18m三種。廠房檐口高度依次為 A 列26．4m、B 列 29．2m、C 列 26．6m、D 列 19．5m、E 列 21．9m、F 列24．3m、G列21．7m、H列20．0m。廠房每跨內(nèi)均設(shè)有吊車檢修電葫蘆，起重量為Gn=5t。

2 結(jié)構(gòu)分析

該工程基本柱距定為18m，同時(shí)為了滿足了工藝和設(shè)備的布置要求又分別采用了12m，24m，27m，和45m多種柱距;鑒于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件特殊，采用18m柱距，大大減少了柱基礎(chǔ)的數(shù)量和基礎(chǔ)工程的混凝土量，縮短了建設(shè)工期。由于吊車噸位重、廠房跨度大，故承重結(jié)構(gòu)采用階型格構(gòu)柱，下柱為組合式H型鋼雙肢柱，上柱為H型實(shí)腹柱，充分利用了鋼柱承載力大、制造簡便、施工周期短的優(yōu)點(diǎn)。吊車梁系統(tǒng)為由鋼板焊接而成的組合工字型截面。屋面系統(tǒng)由托架和梯形屋架組成。廠房縱向全長為486m，已超過規(guī)范允許的溫度區(qū)段長度，故結(jié)合工藝布置需要，在廠房縱向設(shè)兩條溫度縫;橫向?qū)挾葹?52m，在廠房橫向設(shè)一條溫度縫，此溫度縫兼有抗震縫的作用。在每一溫度區(qū)段內(nèi)均設(shè)有完整的柱間支撐和屋面支撐系統(tǒng)，以形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。工程設(shè)計(jì)中，由于受工藝設(shè)備的特殊要求，抽掉了幾根柱子，在抽柱處設(shè)置了45m跨鋼托架來支撐屋面，同時(shí)在該處需設(shè)置45m鋼吊車梁，來滿足工藝的使用要求。

3 工程采取的技術(shù)措施

3．1 分離式墻皮的應(yīng)用

分離式墻皮是在廠房外側(cè)另設(shè)墻皮柱與中間墻架柱及橫梁等，共同組成獨(dú)立的墻架結(jié)構(gòu)體系。分離式比整體式雖然要多消耗一些鋼材，但構(gòu)造簡單，可避免與吊車梁輔助桁架、柱間支撐及水落管等構(gòu)件相碰?？v墻墻皮柱采用由柱腳直至屋架檐口的整根柱，柱上端以屋架縱向水平支撐作為水平支撐點(diǎn)，其豎向荷載全部由輔助桁架承擔(dān)，其下端柱腳水平支撐于基墩上，因僅承受很小的水平荷載，基墩構(gòu)造也比一般情況下的基礎(chǔ)簡化。由于當(dāng)?shù)氐鼗翆映休d力較低，且厚度較大，難以滿足擬建建筑物上部荷載的要求，因此地基處理工程量大、費(fèi)用高。采用墻皮柱直接支撐于輔助桁架上不僅節(jié)約了基礎(chǔ)，而且使廠房的整體性好，同時(shí)也避免了大量的地基處理時(shí)間，縮短了施工周期。

3．2 蜂窩梁檁條的應(yīng)用

在本工程中我們采用18m為基本柱距，屋架間距為18m，屋面梁檁條跨度也為18m。由于屋面梁檁條跨度大，所承擔(dān)的荷載小，因此起控制作用的不是檁條的強(qiáng)度而是檁條的剛度。因此我們采用重量較輕的蜂窩梁檁條來做屋面檁條，用H型鋼切割、分割、再焊接而成。蜂窩梁檁條比切割前的H型鋼截面高度加高，從而提高了截面抵抗矩和抗彎剛度，改善了型鋼梁的受彎性能，這樣可節(jié)約鋼材并降低造價(jià)。它比實(shí)腹梁檁條可節(jié)約鋼材15%，比組合桁架梁制作簡易，防腐性能好，而且可充分利用建筑空間，穿設(shè)各種管道、電線，是很有發(fā)展前途的一種新型構(gòu)件。

3．3 隅撐的應(yīng)用

根據(jù)屋面?zhèn)鹘y(tǒng)做法，屋蓋支撐系統(tǒng)包括橫向支撐、縱向支撐、豎向支撐和系桿(剛性系桿和柔性系桿)。對于柱距大，吊車工作量繁重，屋面設(shè)有檢修電動(dòng)葫蘆的廠房，要求屋面支撐剛度更大，傳統(tǒng)做法采用上下弦桿均設(shè)置支撐系統(tǒng)，但這樣會(huì)導(dǎo)致屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用鋼量增大。如能在確保屋面系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下優(yōu)化支撐系統(tǒng)，本工程中采用在屋架下弦設(shè)置隅撐的方法解決了該問題。具體做法是:將屋蓋縱向和橫向水平支撐均布置在屋架的上弦桿，并用檁條兼做壓桿，屋架下弦桿的穩(wěn)定通過隅撐將下弦節(jié)點(diǎn)與屋面檁條相連接來實(shí)現(xiàn)，從而保證了下弦的穩(wěn)定，又避免了再設(shè)一套下弦支撐體系。其基本思路就是將下弦桿有可能產(chǎn)生的受壓失穩(wěn)通過隅撐拉壓桿系最終傳導(dǎo)至剛度很大的上弦屋面支撐體系，傳力途徑簡捷明確，受力合理。通過設(shè)隅撐的方式，可以避免在下弦設(shè)置橫向和縱向支撐，使整個(gè)屋面系統(tǒng)簡潔美觀，節(jié)省了用鋼量。

3．4 非保溫自然通風(fēng)口式天窗應(yīng)用

采用非保溫自然通風(fēng)口式天窗，它是一種新型節(jié)能天窗。為了更大程度的滿足采光要求，屋面上部彩板均改為采光帶。其工作原理是利用室內(nèi)外溫差所構(gòu)成的熱壓及風(fēng)壓作用所形成的壓力差來實(shí)現(xiàn)換氣的一種工作方式。它具有結(jié)構(gòu)重量輕、外形美觀、通風(fēng)力強(qiáng)的特點(diǎn)，而且安裝使用方便。與傳統(tǒng)的天窗相比，排風(fēng)效率提高30%，自重減輕60%。這樣不僅大大降低了廠房的工程造價(jià)，而且還減少了后期的維護(hù)費(fèi)用。

4 總結(jié)

通過該廠房的設(shè)計(jì)，不僅對鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、理念進(jìn)行了檢驗(yàn)，而且對設(shè)計(jì)工作有了更深的體會(huì)與認(rèn)識(shí):(1)在思想上要提高認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)是一項(xiàng)技術(shù)含量相當(dāng)高的工作，任何一個(gè)細(xì)節(jié)如果考慮不到都有可能造成幾萬甚至幾十萬元的損失;(2)要掌握好設(shè)計(jì)所需的詳細(xì)資料，包括地質(zhì)情況、氣候條件、設(shè)計(jì)用途、人文環(huán)境等情況;(3)設(shè)計(jì)要適應(yīng)市場需求，在國家規(guī)范允許的前提下，最大限度地滿足業(yè)主需求，要將設(shè)計(jì)產(chǎn)品當(dāng)作一件商品放到市場中去，體現(xiàn)出它的使用價(jià)值和價(jià)值。(4)要優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行多方案比選，從中選出最佳方案，以滿足選用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等一系列要求。(5)設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)頗具開拓性的工作，要有創(chuàng)新、不拘泥于舊有的設(shè)計(jì)理念，要緊跟時(shí)代步伐，大膽地利用一些新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品。

［1］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017-2003．

［2］趙熙元等．《建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》．北京:冶金工業(yè)出版社，1995．

［3］汪一駿等．《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》(第三版)．中國建筑工業(yè)出版社，2004．