淺談某工業(yè)廠房重型鋼結構的設計

柳建政

摘 要：鋼結構取代了傳統(tǒng)的混凝土、磚圍等結構成為工業(yè)廠房的主流結 文以此為對象，就其設計方面的一些問題展開討論。首先結合實例，介紹了某廠房的工程概況，隨后分析了在設計上的幾個主要環(huán)節(jié)，包括吊車的豎向和水平載荷的確定，水平位移控制。最后就設計中值得重點考慮的幾個問題展開探討。

關鍵詞：工業(yè)廠房；鋼結構；設計

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）07-0002-02

1 鋼結構工程概況

某工業(yè)廠房總面積約為1×105m2，長和寬分別為350m和300m。廠房由上而下依次為上部鋼結構、中間為鋼結構網(wǎng)架、基礎部分為承臺樁結構。廠房采用不等距的柱間距，有8m、10m、12m、26m幾個主要的間距。在橫向方向上，分為8個跨段，每個跨段距離在40m左右。該廠房的鋼結構橫向剖面如圖1所示。

圖1 廠房橫向剖面

工程抗震設防烈度為7度，考慮到廠房的重要程度，按百年一遇確定基本風壓為0.6kN/m2。地面粗糙度類別為A 類。基本雪壓0.2kN/m2，所有吊車均為軟鉤吊車，吊車工作級別均為A5。

2 鋼結構設計典型問題分析

2.1 吊車載荷的確定

《建筑結構載荷規(guī)范》中關于吊車數(shù)量的規(guī)定如下表1所示。

目前，工業(yè)廠房鋼結構設計工藝也在不斷發(fā)展，單就柱間距這一參數(shù)來看，設計也在不斷擴大其間距值，12m已成為設計主流，在本文研究的廠房中，最大的柱間距已達25m。在不考慮雙層吊車的情況下，如果只考慮不多于4臺的吊車，同時還要考慮到載荷的安全系數(shù)，跟實際的10臺左右的實際容量相比，如果這樣設計安全漏洞就較為明顯了。對于本例中多層吊車的廠房設計問題，在設計上要通過分析吊車數(shù)量，并通過最大可能性設計，得出影響線來計算豎向載荷。

在橫向上的水平載荷的分配，也應結合車輪的實際情況開判定。若車輪為單櫞形式，則水平載荷將集中于小車的一側，依靠車輪與軌道之間的摩擦力承擔水平載荷。依據(jù)公式：Hk=aPkmax吊車的最大水平載荷的計算，是以最大的豎向載產(chǎn)生的輪壓乘以鋼軌與輪子之間的滑動摩擦系數(shù)a來確定的。一般a取值在0.14左右。關于橫向載荷規(guī)范指出：吊車制動時，能夠產(chǎn)生的摩擦力應足以應對制動所需的最大制動力。同時水平載荷應等分與小車的兩端，兩邊架橋應各承受一半的載荷。但是實際上，車輪的寬度比車軌的要大，行車時基本不會產(chǎn)生卡軌的現(xiàn)象，滑動摩擦系數(shù)a已經(jīng)是按照最大的卡軌力來計算的，其安全性已經(jīng)得到考慮。因此，不區(qū)分吊車的輪緣形式可以簡化橫向載荷的分配設計。

2.2 水平位移控制指標

《鋼結構設計規(guī)范》附錄A中指出，柱頂位移可取H/400。在本工程中，Lmax= H/400=83.5mm，位移比為1/443。位移比在結構計算中起核心作用?？紤]風載荷和吊車載荷的作用，對位移進行了設計核算，將本工程中的柱間距12m、26m兩種情況在的位移計算結果列表2如下。

對于A6級吊車所做的規(guī)定1/1250為限制。從以上計算結果分析，本工程中制作采用A5，遠小于規(guī)定的限制，由于考慮風載荷作用，還是要著重考慮吊車梁頂?shù)奈灰朴嬎恪Ｆ溆嬎銉热葜饕ǎ旱踯嚵喉斪笥覂蓚鹊奈灰撇?，若位移差大于一定的限制，則容易發(fā)生卡規(guī)的現(xiàn)象，規(guī)范中未強調，設計中要予以重視；另一種情況也容易造成卡規(guī)，那就是如果同一側的吊車梁的高度差大于一定限制，則容易造成吊車梁和軌道的變形，同樣容易卡軌。目前在設計中要減小此類位移差帶來的不良后果，通常是通過減少位移值的絕對量來減少位移差。

3 鋼結構設計典型問題分析

3.1 排架柱

在本工程中，廠房采用雙層吊車的鋼結構設計，排架柱由上至下分為3個不同的截面設計，依次為實腹 H型截面、H型截面、H型截面。在下部分中，柱間采用角鋼連接。中柱與下柱采用同種截面，設計優(yōu)勢在于減少了截面的改變，從而減少了連接接頭，并且豎向載荷在傳動過程中沒有水平轉換過程，傳動更為直接。

3.2 吊車梁

在工業(yè)廠房的鋼結構設計中，如果柱距較小，則可以將吊車梁簡化視為用于支撐的水平桿。當柱距較大時，就會因為細長比的限制，問題就凸顯出來。規(guī)范指出，對于承受動力載荷的鋼結構構件應該嚴格控制長細比，嚴格設定長細比限制。在設計中，對于吊車梁有較大柱間距跨度，同時又作為水平桿時，就要嚴格計算其長細比。從經(jīng)濟角度來考慮，如果不計算長細比，而是通過單一加大截面積就會造成不必要的浪費。另外，亦可以考慮另設水平系桿來。

3.3 鋼結構的連接節(jié)點

當采用吊車梁作為水平系桿時，吊車梁與桿件的連接問題就尤為重要了。目前，在柱間距相對較大時，多采用八字支撐而非十字交叉支撐的方式，用以減少支撐桿件的長度。

3.4 其他設計問題

首先工業(yè)廠房的設計要以使用為原則，廠房設計應首先服從于生產(chǎn)，結構設計人員要首先了解生產(chǎn)工藝的布置，避免和減少施工過程中出現(xiàn)的問題。要從生產(chǎn)區(qū)域的充分利用，生產(chǎn)的合理規(guī)劃角度設計廠房。其次是防火設計，鋼結構的廠房具備很多優(yōu)點，但是防火能力還是差強人意。溫度在300℃左右時，鋼的性能就大幅度下降，硬度、抗拉強度等都會變差。500℃時就會發(fā)生坍塌。廠房的鋼結構設計要同時考慮到防火等級，選用相應等級的鋼材，選用恰當?shù)脑O計有效防火。再次是防腐設計鋼結構暴露在空氣中，容易受到侵蝕。一旦侵蝕導致鋼截面變小就會引起應力集中?？梢圆捎猛扛卜栏牧系仁侄?，結合廠房的實際情況做出設計選擇。

總之，通過上文的分析，工業(yè)廠房鋼結構的設計需要注意的地方很多。包括吊車臺數(shù)的確定要按照實際的情況選擇參與組合的吊車臺數(shù)、單櫞車輪的情況下、對橫向的載荷分配就要著重考慮、細長比在結構計算中的主要作用、角焊縫強度的驗算等都是設計中需要著重考慮的問題。工業(yè)廠房重型鋼結構的設計對于實現(xiàn)廠房的經(jīng)濟價值、利用水平都至關重要，是在鋼結構廠房處于主流背景下的一個值得深入探討的話題。

參考文獻

[1] 包頭鋼鐵設計研究院，等.鋼結構設計與計算[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2] 宿宗英，趙麗艷.在建筑結構設計中如何高建筑的安全性[J].科技咨詢，2010 （07）.

[3] 丁蕓，孫鋼.結構設計釋疑與誤區(qū)的探討（四）[J].建筑結構技術通訊，2007（11）.