多跨重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

張伏右

福建省冶金工業(yè)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350011

0 引言

自改革開放以來，我國鋼鐵生產(chǎn)力不斷提高，促使我國鋼鐵產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一［1］。與此同時(shí)，相關(guān)政策的調(diào)整，推動(dòng)了鋼結(jié)構(gòu)在我國的空前發(fā)展［2］。鋼結(jié)構(gòu)以其在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的開間大、重量小、施工效率高和抗震性好等優(yōu)點(diǎn)［3］，迅速取代鋼筋混凝土廠房和磚柱廠房。近現(xiàn)代，大型工業(yè)制造業(yè)的快速壯大已經(jīng)使得鋼結(jié)構(gòu)廠房的需求不僅僅局限于輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房，這就要求重型鋼結(jié)構(gòu)廠房生產(chǎn)車間來滿足其生產(chǎn)需求。相比于輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房，重型鋼結(jié)構(gòu)廠房具有高度大、柱距大并且內(nèi)部吊車起重量大等優(yōu)點(diǎn)［4］。本文以多跨重型鋼結(jié)構(gòu)廠房為研究對(duì)象，進(jìn)行了相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究工作。

1 工程概況

本工程為單層多跨鋼結(jié)構(gòu)廠房，跨度為1×14.8m+1×30m+4×27m，柱距為9.0～15.0m，建筑面積為15946m2。屋面采用彩板，墻面采用彩板，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。本工程安全等級(jí)為二級(jí)，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50 年。建筑抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為七度，設(shè)計(jì)基本加速度為0.10g。廠房所在地區(qū)基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，地面粗糙度為B 類，剛架、檁條、墻梁及維護(hù)結(jié)構(gòu)體型系數(shù)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取值。屋面恒載（含檁條自重）為0.3kN/m2，屋面活荷載為0.3kN/m2，屋面雪荷載為0.35kN/m2，檁條活荷載為0.5kN/m2。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 鋼柱設(shè)計(jì)分析

對(duì)該鋼結(jié)構(gòu)廠房的鋼柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行單元?jiǎng)澐植⒂?jì)算其內(nèi)力，取各工況內(nèi)力最大值，得到鋼柱內(nèi)力。由計(jì)算結(jié)果可知，最大軸力出現(xiàn)在單元2 和單元5 處，最大彎矩出現(xiàn)在單元3 處，故上述單元是最危險(xiǎn)單元，需要著重考慮。由此本設(shè)計(jì)中單元2、單元3 和單元5 均采用面積較大的綴條格構(gòu)式柱，可見其在多跨重型鋼結(jié)構(gòu)廠房中的合理性。具體分析來看，大重量的起重機(jī)對(duì)鋼柱造成的彎矩影響已經(jīng)不可忽視，鋼柱成為典型的壓彎構(gòu)件，普通鋼柱并不能滿足設(shè)計(jì)要求，故本設(shè)計(jì)中牛腿面以下采用綴條格構(gòu)式鋼柱。

2.2 吊車梁設(shè)計(jì)分析

對(duì)該鋼結(jié)構(gòu)廠房某一單跨吊車梁進(jìn)行彎矩和剪力的計(jì)算，并對(duì)其他跨進(jìn)行吊車布置和受力分析，得出不同布置方案下的最危險(xiǎn)受力跨吊車梁計(jì)算結(jié)果。分析可知，對(duì)于該吊車梁宜設(shè)置制動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用制動(dòng)板和邊梁或相鄰兩跨吊車梁的上翼緣板組成的制動(dòng)梁。結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)局部存在不等跨的情況可采用變高度變截面形式設(shè)計(jì)，本工程宜選用高度較大、翼緣稍寬的焊接工字型吊車梁。此外，重型鋼結(jié)構(gòu)廠房中大起重跨吊車梁的腹板高厚比很大，容易造成局部失穩(wěn)，故在大起重吊車梁中還應(yīng)設(shè)置縱向加勁肋，增加腹板抗彎能力，以增強(qiáng)鋼梁整體剛度。

3 結(jié)論

本文以多跨重型鋼結(jié)構(gòu)廠房為研究對(duì)象，進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)研究工作。本文通過對(duì)多跨重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)研究，發(fā)現(xiàn)：

（1）重型鋼結(jié)構(gòu)廠房大起重跨的柱處于壓彎狀態(tài)，柱的設(shè)計(jì)采用牛腿面下方綴條格構(gòu)式和牛腿面上方普通鋼柱拼接的方式，可以滿足設(shè)計(jì)要求，并且經(jīng)濟(jì)環(huán)保方便牛腿節(jié)點(diǎn)的拼接。

（2）重型鋼結(jié)構(gòu)廠房大起重跨的吊車梁豎向彎矩、水平彎矩和剪力都比較大，吊車梁的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足高度較大、翼緣稍寬的原則。此外，還應(yīng)設(shè)置縱向加勁肋，增加腹板抗彎能力，以增強(qiáng)鋼梁整體剛度。

（3）重型鋼結(jié)構(gòu)廠房與輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)差異主要集中在吊車梁系統(tǒng)，以及其對(duì)柱的受力影響。故在屋面和墻面等方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用普通輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)準(zhǔn)則即可。