重型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

侯 偉

(中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223)

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)廠房通常有重型和輕型之分，主要是根據(jù)廠房內(nèi)有無吊車、吊車噸位大小、工作級(jí)別、軌面標(biāo)高、廠房高度等來劃分。重型鋼結(jié)構(gòu)廠房主要參照GB 50017—2017鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，輕型鋼結(jié)構(gòu)主要參照GB 51022—2015門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范來設(shè)計(jì)。對(duì)于重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)比如屋面和墻面檁條可以采用GB 51022—2015門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范來設(shè)計(jì)。

重型鋼結(jié)構(gòu)廠房主要包括以下幾大系統(tǒng)：基礎(chǔ)系統(tǒng)、柱子系統(tǒng)、吊車梁系統(tǒng)、屋蓋系統(tǒng)、墻架系統(tǒng)。

從2000年至今，我國鋼鐵產(chǎn)能急劇擴(kuò)張，這其中不論是大型國有鋼廠，還是小的民營鋼鐵企業(yè)都新上了不少項(xiàng)目，當(dāng)然相應(yīng)的廠房建設(shè)也是必不可少的在這其中，也都出現(xiàn)了不少錯(cuò)誤，有的甚至是很低級(jí)的。下面就工程中遇到的問題及需要考慮的事項(xiàng)給大家作以介紹，供大家學(xué)習(xí)。

1 基礎(chǔ)系統(tǒng)

1.1 基礎(chǔ)埋深

基礎(chǔ)的埋置深度除了按基礎(chǔ)規(guī)范按建筑物高度的1/15～1/18外，主要要考慮管線的埋深，以及設(shè)備基礎(chǔ)的埋深，很多廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)機(jī)組資料還沒有，可以把靠近機(jī)組的廠房柱基礎(chǔ)暫緩設(shè)計(jì)，以免造成返工。

1.2 基礎(chǔ)梁

一般廠房在下柱有柱間支撐跨間，基礎(chǔ)之間沿廠房縱向都會(huì)設(shè)置基礎(chǔ)梁，某工程中拉梁跨度為24 m，如果中間不設(shè)支點(diǎn)，則拉梁斷面尺寸將達(dá)到800×1 700。如果中間設(shè)支點(diǎn)，雖然增加了支點(diǎn)基礎(chǔ)混凝土量及地基處理的費(fèi)用，但拉梁跨度減小為12 m，則拉梁斷面尺寸也隨之減小為400×800，總體還是節(jié)省了投資。關(guān)于柱間支撐處柱基礎(chǔ)的拉梁一般認(rèn)為：拉梁跨度小于15 m，中部不設(shè)支點(diǎn)；拉梁跨度在15 m～18 m之間，中部支點(diǎn)可設(shè)可不設(shè)；拉梁跨度超過18 m，從經(jīng)濟(jì)角度考慮宜設(shè)中部支點(diǎn)。

2 柱子系統(tǒng)

2.1 柱子腹桿的設(shè)置

冶金廠房中管道都比較多，在這里要說的是廠房柱為雙肢柱時(shí)，管道在穿柱子的地方，要注意柱肢間斜腹桿的設(shè)置要避開管道或者是調(diào)整管道位置。

2.2 柱間支撐的位置

對(duì)結(jié)構(gòu)來說，柱間支撐設(shè)在溫度區(qū)段的中間是最好的，但這個(gè)應(yīng)由工藝專業(yè)來確認(rèn)。在實(shí)際的工程中，很多時(shí)候?yàn)榱藵M足工藝要求，柱間支撐都不在中間。

2.3 鋼管混凝土排氣孔的留設(shè)

廠房柱設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到鋼管混凝土，需要注意不要將排氣孔留在柱頂，經(jīng)常留在柱頂?shù)呐艢饪妆坏踯嚵合乱砭壣w住，造成排氣不暢，最后爆管，建議設(shè)在柱頂側(cè)面，超灌時(shí)比較好控制。

2.4 柱子與屋面放在一起計(jì)算

目前設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度都比較高，為了使計(jì)算的簡(jiǎn)圖更加貼近實(shí)際工況，用PKPM平面框架計(jì)算排架結(jié)構(gòu)時(shí)，把屋面梁或屋架建在同一模型中，這樣可以考慮他們之間剛度的相互影響，計(jì)算更加準(zhǔn)確。

3 吊車梁系統(tǒng)

3.1 確認(rèn)吊車是否帶水平導(dǎo)向輪

有很多設(shè)計(jì)人員可能沒有注意到這一點(diǎn)，在大跨度廠房中，吊車的跨度大，吊車一般都帶有水平導(dǎo)向輪，這個(gè)需要在選擇壓軌器時(shí)注意，由于水平導(dǎo)向輪有一定的高度，所選的壓軌器和連接螺栓與水平導(dǎo)向輪不能碰?，F(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)過由于壓軌器選擇錯(cuò)誤，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)安裝后才發(fā)現(xiàn)吊車不能運(yùn)行，處理辦法主要是更換壓軌器或者是吊車梁上翼緣與柱連接節(jié)點(diǎn)處高強(qiáng)螺栓反裝。

3.2 上吊車梁走道板鋼梯設(shè)置

上吊車梁走道板鋼梯在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意結(jié)合內(nèi)網(wǎng)的排管圖，保證踏步上方的凈空。吊車梁走道板的樓梯開孔不要開在走道板的中間，這樣很難通行。

3.3 柱間支撐處吊車梁與柱頂連接螺栓

吊車梁在柱間支撐處通過高強(qiáng)螺栓與柱頂節(jié)點(diǎn)板連接，用來傳遞吊車的縱向水平剎車力和山墻的風(fēng)荷載。很多人會(huì)忽視屋面橫向天窗在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的水平力，由于冶金廠房發(fā)熱量比較大，橫向天窗的數(shù)量相應(yīng)也多，所以不能忽視。

3.4 吊車梁鋼軌伸縮縫位置

吊車梁鋼軌的伸縮縫(15 mm或與廠房伸縮縫相匹配)位置通常設(shè)在廠房吊車梁伸縮縫位置附近，拼接接頭應(yīng)與梁的伸縮縫錯(cuò)開約500 mm，兩者不要重合。

3.5 長懸挑吊車梁遠(yuǎn)端支座受拉

在工程中有時(shí)會(huì)碰到廠房端部吊車梁懸挑出去較長，通過計(jì)算遠(yuǎn)端支座不是受壓，而是受拉，這時(shí)遠(yuǎn)端支座應(yīng)做成平板式支座，與柱頂連接可靠，而不能采用凸緣式支座。

3.6 高強(qiáng)鋼的應(yīng)用

重型廠房中吊車的噸位都比較大，吊車梁的高度也比較高，這時(shí)可以采用高強(qiáng)度的Q390，Q420鋼材，這樣可以減小吊車梁高度，增加廠房下部凈空，避免采用很厚的鋼板，同時(shí)也可減少鋼材用量。

4 屋蓋系統(tǒng)

4.1 屋面單梁吊檢修走道爬梯與柱間支撐相碰

屋面單軌吊檢修走道爬梯在端部軸線處與上柱的柱間支撐相碰，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)注意，同時(shí)還應(yīng)注意爬梯的立柱不與吊車相碰。

4.2 抽柱處屋面梁與托梁連接

冶金廠房中會(huì)有抽柱的情況，廠房是剛架形式時(shí)，最好屋面梁與托梁疊接，這樣做的好處是托梁兩端與柱頂連接時(shí)可避開節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的加勁，核心區(qū)的加勁和柱頂?shù)纳w板可以在工廠焊，以保證質(zhì)量。

5 墻架系統(tǒng)

5.1 墻架柱與吊車梁輔助桁架節(jié)間對(duì)應(yīng)

廠房縱墻采用懸掛式結(jié)構(gòu)，豎向荷載由墻架柱傳給吊車梁輔助桁架，上端以天溝為水平支點(diǎn)。要注意的是墻架柱的位置要與吊車梁輔助桁架的節(jié)間對(duì)應(yīng)，保證強(qiáng)加荷載以集中力傳至輔助桁架的節(jié)點(diǎn)，而不是傳至桁架的節(jié)間。同樣墻架柱上部應(yīng)與屋面天溝底部的加勁錯(cuò)開。這里面還有一點(diǎn)需要注意就是，墻架柱的上段以天溝作為支點(diǎn)，天溝平面外剛度較差，受彎性能較弱，應(yīng)該在墻架柱支點(diǎn)位置，把天溝與屋面支撐體系相連，這樣墻面的水平力就通過天溝傳給屋面支撐體系。

5.2 山墻墻架柱間設(shè)支撐

山墻采用自立式結(jié)構(gòu)，豎向荷載由墻架柱直接傳到基礎(chǔ)，上端以屋面檁條作為水平支撐點(diǎn)。當(dāng)廠房較高或吊車噸位較大時(shí)，為保證山墻的剛度，在墻架柱間宜設(shè)置柱間支撐，尤其是在地震烈度較高的地區(qū)更應(yīng)該設(shè)置。對(duì)單跨廠房一般設(shè)置一道柱間支撐，當(dāng)廠房高度與跨度之比較大時(shí)(高度接近跨度的2倍時(shí))宜設(shè)置兩道柱間支撐。對(duì)等高多跨廠房，可僅在兩側(cè)跨的山墻設(shè)置柱間支撐；對(duì)不等高多跨廠房，應(yīng)在高跨和低跨分別設(shè)置。在柱間支撐的節(jié)點(diǎn)處，宜設(shè)置通常的水平系桿，作為未與柱間支撐相連的墻架柱的側(cè)向支承點(diǎn)。

6 結(jié)語

大型廠房的設(shè)計(jì)是一個(gè)大的系統(tǒng)工程，并不是一個(gè)人從上到下慢慢完成的。實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，往往是4個(gè)人～5個(gè)人，每人一個(gè)系統(tǒng)做下來。這樣就需要設(shè)計(jì)人員相互配合，把系統(tǒng)間的連接和對(duì)應(yīng)關(guān)系搞清楚。以上所提到的問題都是在工作中經(jīng)常碰見的問題，并提出了一些觀點(diǎn)，可能有不妥的地方，愿和業(yè)內(nèi)人士共同探討，其目的就是把重型廠房設(shè)計(jì)得更合理，更安全，減少現(xiàn)場(chǎng)的返工。