淺談重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[摘要]本文根據(jù)已完成的不同類型重型鋼結(jié)構(gòu)廠房，就吊車噸位≥50噸、軌高≥8m、跨度≥24m的大中型普鋼廠房進(jìn)行了結(jié)構(gòu)選型的綜合分析，總結(jié)了重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要?jiǎng)t。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以滿足平面工藝布局、建筑物使用功能、室內(nèi)外綜合公用管道空間布設(shè)為前提，根據(jù)各地不同的自然條件，如風(fēng)雪荷載、抗震設(shè)防等進(jìn)行方案對(duì)比分析。此篇關(guān)于重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析總結(jié)，對(duì)類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有一定的參考作用。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)廠房重型鋼結(jié)構(gòu)吊車工藝布局風(fēng)、雪荷載結(jié)構(gòu)選型

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生了很大變化，由最初的高大、渾厚的混凝土排架或框架形式轉(zhuǎn)換成了鋼結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式能充分利用鋼材強(qiáng)度高、延展性好的優(yōu)點(diǎn)，此類項(xiàng)目由專業(yè)廠家加工制作，施工吊裝安裝快捷，施工現(xiàn)場(chǎng)整潔干凈，施工周期短，于是在各行各業(yè)涌現(xiàn)出了一批批鋼結(jié)構(gòu)廠房。由于鋼結(jié)構(gòu)能更好地實(shí)現(xiàn)大跨度、大柱距、大吊車的結(jié)構(gòu)布局，所以能滿足多樣化的工藝平面布局要求，加上鋼結(jié)構(gòu)廠房質(zhì)輕的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，故而此類結(jié)構(gòu)受到了更多用戶的青睞，被更廣泛地推廣到各行各業(yè)。本文主要就典型重型廠房的進(jìn)行設(shè)計(jì)例證，總結(jié)此類項(xiàng)目的基本設(shè)計(jì)要?jiǎng)t，以更好地縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)人為成本，在結(jié)構(gòu)方案上合理化控制工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)項(xiàng)目的人性化設(shè)計(jì)。

一、結(jié)構(gòu)平面布局選型

經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)布局往往以合理的結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐譃榍疤?。結(jié)構(gòu)單元的劃分基本考慮因素有如下幾項(xiàng)：工藝布局、吊車設(shè)置、建筑物平面投影尺寸等。

1、結(jié)構(gòu)單元平面尺寸基本要求：在滿足生產(chǎn)工藝布局、人流入口、貨流入口、參觀通道等要求前提下，重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)單元經(jīng)濟(jì)控制尺寸基本為長(zhǎng)度方向總尺寸不超過(guò)220米，跨度方向不超過(guò)150m。

2、能歸并為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的吊車使用要求：盡量使軌高差異不大，檐口高度或剛架端部下沿高度在12m以上的合并為一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)椋b于輕鋼規(guī)程（CECS102：2002）的使用范圍，沒(méi)有必要將輕重吊車合并為一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算。如果主跨為大噸位吊車，附跨為輕型吊車，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量合理分配結(jié)構(gòu)單元。在保證主跨橫向剛度足夠抵抗側(cè)向風(fēng)荷載、地震力的前提下，公共軸處建議設(shè)雙柱，總結(jié)原因主要有兩個(gè)：（1）設(shè)雙柱能合理利用輕鋼規(guī)程與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的相關(guān)控制指標(biāo)，根據(jù)地震力是否是控制指標(biāo)，合理選擇鋼柱鋼梁的腹板及翼緣的寬厚比及高厚比限值，不再是附跨技術(shù)指標(biāo)從屬主跨，將各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均從嚴(yán)控制，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。（2）主附跨公共軸處一般均為高大型防火隔墻，此類墻體貼砌在主跨鋼柱外側(cè)，若不脫縫，則雙柱合一，這樣為保證公共柱兩側(cè)的吊車安全運(yùn)行距離，則必然會(huì)增大廠房橫向尺寸，公共柱往往成為三階柱，柱截面三段變化，柱截面加工焊接量較大。另外，此處公共隔墻也會(huì)出現(xiàn)三段式設(shè)計(jì)，其豎向呈“Z”字型，墻體構(gòu)造及安裝困難，重型吊車的制動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)安裝也會(huì)非常困難。

3、投影尺寸以矩形或方形為主的可化為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。若出現(xiàn)長(zhǎng)向端部局部收進(jìn)，則須注意收進(jìn)尺寸不宜過(guò)大，按抗震規(guī)范平面布置盡量規(guī)則的指導(dǎo)原則，雖然廠房的地震力不一定是主控因素，但符合抗震概念的指導(dǎo)精神要求，也會(huì)消除掉后期許多不良隱患。若非收進(jìn)不可，則因考慮采取在平面凹角處增加補(bǔ)強(qiáng)措施，通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)措施增強(qiáng)廠房的整體性。

二、重型吊車鋼柱選型

考慮到取材便利、用鋼量經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素，對(duì)于吊車噸位超過(guò)50噸的廠房，實(shí)腹柱截面初步選型截面高度大于700、翼緣板厚度在18mm以上的鋼排架，建議設(shè)計(jì)人考慮格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)方案，在綜合分析實(shí)腹柱與格構(gòu)柱的用鋼量、加工便利、防銹漆防火涂料附著力等方面后，再予以定案，確保設(shè)計(jì)不返工。

三、普鋼廠房屋面變形控制指標(biāo)

從計(jì)算假定看，普鋼排架廠房一般假定屋面剛度無(wú)窮大，撓度太大不行。從廠房變形要求看，規(guī)范對(duì)吊車軌頂處的水平位移有較嚴(yán)格的規(guī)定，如果屋面梁剛度太小，鋼柱則成了懸臂柱，位移不能滿足，用鋼量則轉(zhuǎn)移到柱子上了，即柱子截面要很大。

一些老前輩偏向于用桁架屋面梁（屋架與柱子鉸接，這其實(shí)也是以前沒(méi)有計(jì)算機(jī)，為了方便采用手算而采用的一種結(jié)構(gòu)形式），因?yàn)楫?dāng)時(shí)采用大型屋面板，荷載較大，容易出現(xiàn)漏水問(wèn)題，而桁架屋面梁的剛度大，結(jié)構(gòu)安全度高。桁架梁在國(guó)內(nèi)的使用時(shí)間比較長(zhǎng)了，積累的經(jīng)驗(yàn)也比較多，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，以致沿用至今。

實(shí)際上，現(xiàn)在普通廠房中使用實(shí)腹式梁（梁柱剛接，剛度也不小；采用輕型彩鋼板屋面，其對(duì)屋面梁變形要求不嚴(yán)，不會(huì)產(chǎn)生漏水等問(wèn)題），從結(jié)構(gòu)體系來(lái)說(shuō)是沒(méi)有問(wèn)題的，已通過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)。

建議如下：

1、大噸位吊車輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠房，屋面鋼梁的撓度問(wèn)題，也超出了《門(mén)鋼規(guī)程》的范圍，如果鋼梁撓度控制得太嚴(yán)格的話，會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)的問(wèn)題，現(xiàn)在許多工程已經(jīng)將鋼梁撓度指標(biāo)放寬了，可以參考《門(mén)鋼規(guī)程》，但支撐系統(tǒng)最好采用普鋼設(shè)計(jì)，不能采用圓鋼。

2、對(duì)于采用輕型屋面的大噸位吊車輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼梁撓度可以取L/250。對(duì)于采用大型屋面板的大噸位吊車輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼梁撓度仍取L/400。對(duì)于采用輕型屋面的但鋼梁上帶有懸掛吊車的大噸位吊車輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼梁撓度取L/400。

四、柱腳形式選取

由于重型吊車的吊車荷載較大，柱腳彎矩太大，常規(guī)的平接式柱腳不能滿足受力需要，故建議重型鋼柱的柱腳以插入式為主，插入深度的計(jì)算既要滿足截面本身的高寬比例要求，尚應(yīng)滿足抗震要求的截面塑性要求。如：雙肢柱截面尺寸為：全截面高度hc=2375mm，全截面短邊尺寸bc=700mm。

1、構(gòu)造計(jì)算：杯口插入長(zhǎng)度H1應(yīng)為1.5xbc和0.5xhc的最大值，即最少插入深度應(yīng)為1188mm。

2、抗震計(jì)算：

H1應(yīng)為2xbc=1400mm和squa（6M/bf.fc）的最大值，其中bf為吊車肢翼緣寬度，fc為混凝土抗壓強(qiáng)度。

上述兩項(xiàng)的最大值才符合柱腳的插入深度要求。

結(jié)語(yǔ)

僅以筆者多年工業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)重型廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了一些總結(jié)。另外，除考慮上述關(guān)鍵要素外，設(shè)計(jì)時(shí)還有許多需要注意的地方，比如地面堆載、室內(nèi)風(fēng)管、人孔等等，設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)只考慮本專業(yè)的技術(shù)要?jiǎng)t，更需要對(duì)項(xiàng)目有一定的認(rèn)知程度，讀懂工藝圖，熟悉關(guān)聯(lián)專業(yè)的設(shè)計(jì)主控方向，這樣才會(huì)少走彎路，為項(xiàng)目爭(zhēng)取