有關(guān)多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的分析與探討

文/程鋒年、王全 洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039

有關(guān)多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的分析與探討

文/程鋒年、王全 洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039

多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房相比鋼筋混凝土工業(yè)廠房有自重輕，安裝簡(jiǎn)便，施工周期短，抗震性能好等綜合優(yōu)勢(shì)。多層鋼結(jié)構(gòu)廠房在設(shè)計(jì)中能夠發(fā)揮其本身的特點(diǎn)以及優(yōu)良的性能，還能提高工業(yè)廠房的使用效率，為企業(yè)節(jié)省了大量的廠房費(fèi)用﹑提升建筑安全性。

多層鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)廠房；設(shè)計(jì)；探討

前言

在目前，多層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工業(yè)廠房被廣泛運(yùn)用，由于其鋼結(jié)構(gòu)的許多方便的特點(diǎn)及優(yōu)良的特性，受到大多數(shù)客戶和企業(yè)的信賴和重視。因此，多層鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房大量出現(xiàn)，為我國的工業(yè)集聚化發(fā)展起到了推動(dòng)作用，在對(duì)多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要充分考慮到廠房中的許多工人的安全，確保廠房的設(shè)計(jì)具有科學(xué)性和安全使用的效用，有關(guān)設(shè)計(jì)人員要對(duì)其進(jìn)行多方位地考慮和分析，不斷使多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)科學(xué)合理化以及人性化。

1、多層鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房特征

對(duì)于多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房主要采用的是輕鋼材料，與其他不同鋼材而言，輕鋼具有很輕的質(zhì)量特征。使用這種輕鋼材料作為多層鋼結(jié)構(gòu)能夠使企業(yè)減少廠房的重量。其次，多層鋼結(jié)構(gòu)大多設(shè)計(jì)運(yùn)用輕型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其圍護(hù)的是夾芯金屬板材料，這種材料具有承載力很高的特點(diǎn)，且重量也比較輕，對(duì)多層鋼結(jié)構(gòu)的安裝非?？旖莺头奖?。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，具有很好的承受力，在鋼結(jié)構(gòu)中的廠房設(shè)計(jì)中受到歡迎，對(duì)廠房的建設(shè)也有很大的效益。最后，多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)考慮到廠房用途，針對(duì)不同的廠房需求，有效增加空間，使廠房的空間使用效率顯著提升。多層鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于樓面的開孔很大，質(zhì)量的剛度中分布不均勻，很多工業(yè)廠房由于大型設(shè)備往往是在基礎(chǔ)進(jìn)行貫通，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)錯(cuò)層等現(xiàn)象，從而對(duì)廠房的質(zhì)量以及剛度中沿著高度的分布形成不均勻的現(xiàn)象發(fā)生。若發(fā)生地震等災(zāi)害的情況下，廠房的就有可能扭轉(zhuǎn)情況發(fā)生。

2、多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

2.1簡(jiǎn)化網(wǎng)格生成

由于工業(yè)廠房?jī)?nèi)設(shè)備荷載類型比較多，主次梁的布置往往錯(cuò)綜復(fù)雜，完全按照實(shí)際情況建模會(huì)產(chǎn)生大量的相近甚至重合的節(jié)點(diǎn)，容易造成計(jì)算速度和準(zhǔn)確性的下降，可以利用一些簡(jiǎn)化手段，使程序簡(jiǎn)單易操作，又確保計(jì)算精度不受影響。

2.2利用柱間支撐調(diào)整結(jié)構(gòu)縱向周期

柱間支撐不能簡(jiǎn)單地被看做是構(gòu)造措施，必須把它作為一種受力桿件輸入到模型中，支撐的剛度直接影響到廠房縱向的周期和水平位移。在模型中，支撐構(gòu)件可按兩端鉸接模擬計(jì)算。

2.3樓板模型的假定

當(dāng)工業(yè)廠房樓板開洞較大時(shí)，樓面剛度降低，在建模時(shí)可將工業(yè)廠房的樓板設(shè)定為彈性樓板；而對(duì)于沒有開洞或者開洞尺寸較小的樓板，可以假定樓板整體平面內(nèi)無限剛。

3、多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)問題分析

3.1、在很多的多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中，實(shí)際使用時(shí)會(huì)涉及到很多貨物和機(jī)械設(shè)備的運(yùn)輸，對(duì)于運(yùn)輸系統(tǒng)就提出了較高的要求，一般負(fù)責(zé)豎向運(yùn)輸?shù)氖请娞荨ｄ摻罨炷两Y(jié)構(gòu)中對(duì)電梯井筒的剛度要求很高，其設(shè)置容易導(dǎo)致整個(gè)建筑產(chǎn)生偏心的問題。一般在空間設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免將電梯設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)的端、角等部位，如果不可避免要設(shè)置在這些地方的時(shí)候，需要對(duì)其周邊的框架和樓板體系進(jìn)行一些結(jié)構(gòu)上的加強(qiáng)設(shè)施。

3.2、在進(jìn)行工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要仔細(xì)控制好其縱、橫方向的框架的周期在允許范圍內(nèi)。

3.3、很多廠房結(jié)構(gòu)都比較長(zhǎng)，需要設(shè)置一些結(jié)構(gòu)縫，但是在地震發(fā)生頻率較高的區(qū)域應(yīng)當(dāng)控制地震縫的合理設(shè)置，不應(yīng)當(dāng)通過盲目增設(shè)地震縫來尋求達(dá)到抗震的目的，對(duì)很長(zhǎng)的廠房減少地震縫的設(shè)置實(shí)際上是可以提高其抗震效果的。在設(shè)計(jì)和施工過程中，可以采取每隔40m設(shè)置寬度為1.4m的后澆帶一道，需要注意的是，后澆帶應(yīng)當(dāng)設(shè)置在對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較小的部位。對(duì)溫度比較敏感的部位，需要適當(dāng)提高其配筋率。另外，還需要適當(dāng)?shù)夭贾靡恍┘芸諏樱黾游菝嫱L(fēng)效果，或者將屋面的保溫板加厚提高其隔熱效率，以提高建筑的設(shè)計(jì)效率。

4、工程實(shí)例

4.1工程概況

該工程是某化工廠新增的多層鋼框架廠房，20x9.5m，橫向一跨9.5m，縱向柱距依次為6.5m，7m，6.5m,共4層，首層層高4.2m，第二層標(biāo)高8.75m，第三層標(biāo)高13.75m，第四層標(biāo)高18.75m。

4.2結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)

4.2.1結(jié)構(gòu)方案的確定

根據(jù)柱網(wǎng)布置，采用框架-支撐體系比較合適，在7m柱距間設(shè)置柱間支撐，以增強(qiáng)框架的縱向剛度。由于工藝專業(yè)提出保溫隔熱的要求，局部樓層采用了壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板，除此以外，所有樓層都采用普通的鋼格柵板，以方便安裝和拆卸。在鋪設(shè)鋼格柵板的樓層均設(shè)置了水平支撐，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度和穩(wěn)定性。

4.2.2設(shè)計(jì)分析計(jì)算

（1）計(jì)算荷載

基本風(fēng)壓為0.45KN/m2,地震烈度7度，地震加速度0.10g，地震分組為第一組，考慮到工藝設(shè)備及管道吊架鋪設(shè)的密集程度，樓面的活荷載設(shè)定為5KN/m2。樓面主要設(shè)備有：初餾塔冷卻器（8t）,產(chǎn)品塔冷卻器（13t）,均分布在第三層；冷凝罐（33.3t）,初餾塔（170t）,產(chǎn)品塔（95t）,蒸發(fā)器（16t），均分布在第四層。

（2）計(jì)算方法

經(jīng)過合理布局和模型簡(jiǎn)化后，采用STS空間建模，SATWE結(jié)構(gòu)分析程序完成框架桿件的強(qiáng)度和穩(wěn)定，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的計(jì)算。

4.3構(gòu)件設(shè)計(jì)

4.3.1截面設(shè)計(jì)

本工程采用焊接H型鋼柱，材料為Q345B，鋼梁采用Q235B，柱間支撐采用H型鋼，水平支撐采用角鋼。

4.3.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

應(yīng)業(yè)主要求，鋼結(jié)構(gòu)在工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)安裝，節(jié)點(diǎn)均采用承壓型高強(qiáng)螺栓連接。

（1）柱腳節(jié)點(diǎn)。采用外包式剛性柱腳。在實(shí)際應(yīng)用中很難達(dá)到理想的完全剛接，因此，除了滿足柱腳的強(qiáng)度要求外，還按照規(guī)范加強(qiáng)了柱腳的構(gòu)造措施。

（2）梁與梁，柱與柱拼接節(jié)點(diǎn)。梁柱拼接遵循等強(qiáng)度的原則，翼緣和腹板均采用高強(qiáng)螺栓連接，使施工方便，快速，也避免了焊接質(zhì)量無法保證所帶來的不利影響。

（3）梁與柱連接節(jié)點(diǎn)。主梁與柱強(qiáng)軸剛性連接，與柱弱軸方向鉸接。

（4）主次梁連接節(jié)點(diǎn)。次梁與主梁鉸接連接，在計(jì)算高強(qiáng)螺栓時(shí)，除了考慮作用在次梁端部的剪力外，尚應(yīng)考慮由于偏心所產(chǎn)生的附加彎矩的影響。

（5）側(cè)向支撐的連接節(jié)點(diǎn)。柱間支撐采用H型鋼，支撐斜桿按照兩端鉸接的壓桿模擬計(jì)算。

5、結(jié)語

本工程因規(guī)劃用地緊張，工藝設(shè)備及管道布置比較密集，荷載類型復(fù)雜，后期的修改也比較多，鋼結(jié)構(gòu)施工方便的優(yōu)勢(shì)在這里得到了充分的體現(xiàn)。目前，該框架已施工完畢，并投入生產(chǎn)，使用狀況良好。

[1]鄭建偉.有關(guān)多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)分析與探討[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013，(24):7.

[2]覃思.有關(guān)多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)分析與探討[J].現(xiàn)代裝飾(理論)，2012，(08):99.