單層重鋼廠房結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)

　　為了控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高零部件工廠的生產(chǎn)比例，以及對(duì)大型部件的要求，許多生產(chǎn)領(lǐng)域需要大跨度，大噸位的起重機(jī)。本文在大量工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)了重鋼廠的特點(diǎn)，并簡(jiǎn)要介紹了其結(jié)構(gòu)，接下來(lái)小編簡(jiǎn)單介紹一篇優(yōu)秀鋼廠結(jié)構(gòu)論文。

　　一.引言

　　隨著生產(chǎn)的擴(kuò)大，產(chǎn)品的尺寸越來(lái)越大，重量也越來(lái)越大，要求生產(chǎn)廠房有很大的空間以及更大起重量的吊車(chē)。所以單層重鋼廠房應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是在煉鋼、壓力容器、造船、大型裝備制造等領(lǐng)域。

　　二.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　吊車(chē)噸位大，一般設(shè)有雙層吊車(chē)，結(jié)構(gòu)高度和跨度大。

　　以下是某廠房的建筑剖面：

　　三.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　一.體系選擇

　　吊車(chē)荷載大，結(jié)構(gòu)高度大，普通實(shí)腹式柱已經(jīng)不經(jīng)濟(jì)，故一般選擇格構(gòu)式鋼柱或格構(gòu)式鋼管混凝土柱。早期有用混凝土格構(gòu)式柱的，其相對(duì)節(jié)省鋼材，耐久性較好。但由于生產(chǎn)的進(jìn)步，對(duì)施工進(jìn)度和精度的要求增加，且現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)的防腐防火技術(shù)的成熟，除了少數(shù)特殊場(chǎng)合，混凝土格構(gòu)式柱已經(jīng)很少采用。屋面一般采用鋼梁有檁體系、焊接梯形屋架或網(wǎng)架。 網(wǎng)架和梯形屋架適用于屋面管道較多的情況下，因?yàn)楣艿揽梢圆贾迷诰W(wǎng)架內(nèi)部，有效利用網(wǎng)架內(nèi)部空間，從而抵消廠房高度增加帶來(lái)的不利方面。如果是單純的機(jī)械加工，則較少采用，因需要從屋面走的管道少，網(wǎng)架內(nèi)部空間不能得到有效利用，增加了使用維護(hù)階段的費(fèi)用，且施工焊接工作量大，質(zhì)量較難控制 ，綜合來(lái)看不經(jīng)濟(jì)。

　　二.規(guī)范選擇;

　　1.主要規(guī)范有《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 》。

　　《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》：適用范圍廣，主要計(jì)算和構(gòu)造使用的規(guī)范。

　　《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》：構(gòu)造控制比普通鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范寬松，在附屬構(gòu)件的計(jì)算和構(gòu)造時(shí)有限制地使用;

　　《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 》：附屬檁條等構(gòu)件計(jì)算時(shí)可用，總體使用較少，作為上述兩本規(guī)范的補(bǔ)充。

　　三.荷載

　　恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載的取值與一般建筑無(wú)區(qū)別，按工程的實(shí)際情況取值

　　需要注意的是雪荷載在高低跨處的積雪分布系數(shù)，以及恒載需包括吊車(chē)梁自重。

　　吊車(chē)荷載：是此類(lèi)建筑中的關(guān)鍵荷載，由吊車(chē)的工程參數(shù)確定。根據(jù)影響線，計(jì)算加到剛架上的最不利荷載。

　　工藝荷載：需要與業(yè)主和工藝專(zhuān)業(yè)核實(shí)確定。一般來(lái)講，由于有吊車(chē)，主要的工藝管道都置于吊車(chē)梁的下方，故屋面的吊掛荷載不會(huì)很大，而下柱會(huì)有較大的吊掛荷載。

　　其他荷載：可能有些小的設(shè)備會(huì)固定在柱上，需要根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)?shù)牡目紤]。

　　四.基礎(chǔ)及柱腳節(jié)點(diǎn)

　　一般柱底彎矩大，是基礎(chǔ)和柱腳的控制因素，相對(duì)軸力較小。常用的基礎(chǔ)型式有：

　　1.獨(dú)立基礎(chǔ)：主要應(yīng)用于地基土很好的情況，要抵抗極大的柱底彎矩，基礎(chǔ)截面一般都很大，相應(yīng)配筋也較大。

　　2.樁基礎(chǔ)：可以有效減少基礎(chǔ)的面積，并有利于控制基礎(chǔ)的沉降，但相對(duì)于獨(dú)立基礎(chǔ)，造價(jià)較高。

　　與基礎(chǔ)一樣，鋼柱柱腳也需要抵抗極大的彎矩。連接的抗彎能力是主要的考慮，常用的柱腳型式有：

　　(1).插入式：應(yīng)用得最普遍的柱腳型式，在留好的混凝土杯口中立鋼柱，調(diào)整好鋼柱的各項(xiàng)指標(biāo)后二次澆筑混凝土。構(gòu)造簡(jiǎn)單，節(jié)省鋼材，受力好。但在澆筑混凝土后，鋼柱不能校正，對(duì)基礎(chǔ)沉降和施工精度要求很高。

　　(2).外包式：鋼柱外側(cè)焊栓釘，在基礎(chǔ)上預(yù)留插筋，然后鋼柱就位，綁扎外包部分的箍筋，澆筑混凝土。受力明確，當(dāng)外包部分的縱向鋼筋較大較密時(shí)，鋼柱就位有一定的難度。

　　(3).外露式：構(gòu)造簡(jiǎn)單，用于鋼柱截面較小，柱底彎矩也較小的部位。具體到重鋼廠房，用于附屬構(gòu)件柱的柱腳。

　　五、鋼架

　　1.柱子：一般下柱采用格構(gòu)式柱，上柱為了與屋面連接的方便，采用實(shí)腹式柱。格構(gòu)式柱的種類(lèi)有很多種。如下圖所示：

　　為了增加剛度和抗壓能力，鋼管柱中可灌以混凝土。此時(shí)鋼管的焊接焊縫必須采用對(duì)接坡口焊縫，并達(dá)到與母材等強(qiáng)的要求。后灌混凝土施工有專(zhuān)門(mén)要求，具體參照《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS 28：90)。

　　2.柱子的節(jié)點(diǎn)：柱子是單層重鋼結(jié)構(gòu)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。構(gòu)件均需要計(jì)算，在程序之外需要補(bǔ)充計(jì)算的有肩梁節(jié)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)拼接節(jié)點(diǎn)、綴條的連接節(jié)點(diǎn)等。其中肩梁按簡(jiǎn)支梁模型來(lái)計(jì)算肩梁高度、腹板和肩梁與柱的焊縫。下圖是一個(gè)典型的單臂式肩梁節(jié)點(diǎn)

　　3.屋面梁(屋面桁架)：采用常規(guī)做法，除了計(jì)算，還需注意局部穩(wěn)定的構(gòu)造要求。

　　4.梁柱連接 梁梁連接 典型的連接方式均可采用，計(jì)算方法相同，不再贅述。

　　六.支撐系統(tǒng)

　　1.支撐的計(jì)算：支撐計(jì)算方法同普通的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比要求也相同。

　　支撐的截面選擇：柱間支撐需要采用型鋼，如角鋼、槽鋼、圓管、熱軋H型鋼等，不宜使用圓鋼。圓鋼的剛度小，在吊車(chē)啟動(dòng)和剎車(chē)時(shí)容易有可見(jiàn)的振動(dòng)。屋面支撐可以采用圓鋼和型鋼，但基于跟柱間支撐同樣的原因，仍推薦采用型鋼。需要注意的是，當(dāng)單根屋面支撐的長(zhǎng)度較大時(shí)，需要考慮其在重力荷載下的撓度，當(dāng)計(jì)算撓度較大時(shí)，可將支撐桿件吊掛在屋面檁條上。

　　2.柱間支撐：柱間支撐是重要的受力構(gòu)件。格構(gòu)式柱一般設(shè)置雙片支撐，實(shí)腹式柱當(dāng)高度大于600時(shí)，宜設(shè)置雙片支撐。兩片支撐用綴條沿縱向連接，這樣就有了較大的剛度，更有利于綴條的受力和穩(wěn)定。需要注意的是柱間支撐與綜合橋架交叉處一般需要切除部分綴條才能保證橋架的通過(guò)。

　　3.屋面支撐：與一般的輕鋼廠房不同的是，重鋼的單層廠房需要設(shè)置縱向支撐來(lái)增加屋蓋的整體性和剛度。在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中推薦當(dāng)?shù)踯?chē)噸位大于等于20t時(shí)一般需要設(shè)置縱向支撐。從工程的實(shí)際效果來(lái)看，與沒(méi)有設(shè)縱向支撐的對(duì)比，結(jié)構(gòu)的整體性好很多，可感受到的振動(dòng)基本消除。

　　4.支撐的連接：一般采用安裝螺栓定位后焊接。因常常支撐構(gòu)件的重量也較大，為了保證施工安全和定位準(zhǔn)確，需要增加螺栓數(shù)量或者采用大的安裝螺栓。

　　七.吊車(chē)梁系統(tǒng)

　　一般采用實(shí)腹式鋼吊車(chē)梁。為減少偏心對(duì)柱的影響，除端頭邊跨支座外，端頭應(yīng)采用突緣式。當(dāng)跨度很大噸位不大時(shí)，也可以采用吊車(chē)桁架。

　　當(dāng)?shù)踯?chē)噸位大于50t時(shí)，需要設(shè)制動(dòng)板或制動(dòng)桁架。中級(jí)工作制的吊車(chē)梁跨度大于等于18m時(shí)，宜設(shè)置輔助桁架和下翼緣水平支撐。

　　1.計(jì)算：需要理清吊車(chē)荷載和走道板等的荷載、制動(dòng)板或制動(dòng)桁架的設(shè)置情況，嚴(yán)格控制疲勞強(qiáng)度和變形。

　　制動(dòng)桁架需要根據(jù)吊車(chē)荷載及吊車(chē)梁計(jì)算時(shí)的取值計(jì)算，輔助桁架需要考慮制動(dòng)桁架荷載和檢修荷載，下翼緣水平支撐和垂直支撐可按構(gòu)造設(shè)置。制動(dòng)桁架上需要設(shè)置檢修用走道板。

　　2.連接：連接方式可參照?qǐng)D集《12m實(shí)腹式鋼吊車(chē)梁》(05G514-3～4)。

　　3.上吊車(chē)鋼梯：做法可參照?qǐng)D集《鋼梯》(02J401)(含2003年局部修改版)，根據(jù)實(shí)際情況作調(diào)整。注意當(dāng)鋼梯穿越下層吊車(chē)梁標(biāo)高時(shí)，一般需要在下層走道板或制動(dòng)桁架上開(kāi)洞需要避開(kāi)下層的關(guān)鍵位置或者對(duì)影響到的位置做加強(qiáng)。

　　八.屋面系統(tǒng)，墻面系統(tǒng)

　　與普通單層鋼結(jié)構(gòu)廠房一樣處理。需要注意的是計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)荷載的高度變化系數(shù)。

　　1.在格構(gòu)式柱上的墻檁不需要設(shè)隅撐。

　　2.注意陰角處的處理方式。并且需建筑配合將伸到室內(nèi)的構(gòu)件包上。

　　九.其他注意事項(xiàng)

　　1.施工中要注意加工精度，加大工廠焊接比例，減少現(xiàn)場(chǎng)焊縫，特別是柱上的工地焊縫。

　　2.構(gòu)件焊接連接時(shí)需要避免焊縫立體交叉和不必要的圍焊及大量焊縫的集中。

　　3.肩梁和吊車(chē)梁系統(tǒng)的焊縫要求較高，最少需要達(dá)到二級(jí)，位于吊車(chē)梁和桁架的下翼緣時(shí)須達(dá)到一級(jí)。

　　3.須特別注意節(jié)點(diǎn)及連接部位的防腐，在肩梁及吊車(chē)梁連接部位構(gòu)件多且關(guān)系復(fù)雜，操作空間小，防銹漆常常未覆蓋完全，形成隱患。

　　參考文獻(xiàn)：

　　鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017-2003) 2003 中國(guó)計(jì)劃出版社

　　高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ99-98)1998 中國(guó)建筑工業(yè)出版社

　　閱讀期刊：鋼鐵釩鈦

　　《鋼鐵釩鈦》(雙月刊)1980年創(chuàng)刊，是綜合性冶金科技期刊，在原國(guó)務(wù)委員、國(guó)家科委主任方毅同志的關(guān)懷下，刊頭由方毅同志提寫(xiě)并題詞“努力提高釩鈦磁鐵礦冶煉及綜合利用的工藝技術(shù)和科學(xué)理論水平”。