20t以下帶吊車門式剛架鋼結構廠房設計實例分析

劉守亮

（泰安市天擇嘉業(yè)勘察設計有限公司，山東 泰安 271000）

20t以下帶吊車門式剛架鋼結構廠房設計實例分析

劉守亮

（泰安市天擇嘉業(yè)勘察設計有限公司，山東 泰安 271000）

文章通過實例介紹帶吊車門式剛架鋼結構廠房的設計流程，根據(jù)相關規(guī)范，分析荷載取值、結構計算、吊車梁計算、水平支撐、柱間支撐計算，為類似廠房的設計提供借鑒和參考。

小于20t吊車；門式剛架；吊車梁；柱間支撐

1 門式剛架鋼結構的特點及應用

門式剛架輕鋼結構已成為當今輕型化建筑結構的主要形式。它能夠有效地利用材料，其構件尺寸小，重量輕，可以在工廠進行批量生產(chǎn)，能夠保證質(zhì)量，在工地安裝連接方便快捷，并具有施工周期短和可循環(huán)利用的特點，因此被廣泛應用于工業(yè)廠房和公共建筑中，其優(yōu)越性和經(jīng)濟效益是不言而喻的。在鋼結構廠房中，帶吊車門式剛架輕型鋼結構廠房具有上述特點，廣泛應用于工業(yè)廠房中。

新頒布的《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》GB51022-2015第1.0.2條“本規(guī)范適用于房屋高度不大于18m，房屋高寬比小于1m，承重結構為單跨或多跨實腹門式剛架、具有輕型屋蓋、無橋式吊車或有起重量不大于20t的A1～A5工作級別橋式吊車或3t懸掛式起重機的單層鋼結構房屋”。

2 工程概況

山東某企業(yè)投資加工車間廠房，廠房長90m，寬21m，一臺A5工作級別QD型10t吊鉤橋式吊車。根據(jù)廠房特點，柱距采用7.5m，共有13榀剛架；牛腿高度7.0m，屋面坡度1∶10，地面1.2m以下外墻為磚砌體結構，其余屋面和墻面采用玻璃絲綿保溫板圍護結。工程抗震類別為丙類，抗震設防烈度為7度，場地類別為Ⅱ類，主體結構設計使用年限50年，結構安全等級為二級，結構重要性系數(shù)為1.0.抗震等級為四級。

3 結構計算

計算軟件采用PKPM（V3.1.3）的STS模塊進行平面建模，導荷計算。

3.1 準備工作

（1）吊車參數(shù)。根據(jù)吊車廠家提供的參數(shù)進行設計，主要參數(shù)見表1。

表1 吊車參數(shù)

（2）吊車梁計算。吊車梁的計算應滿足強度、穩(wěn)定性和容許撓度的要求。吊車梁進行強度和穩(wěn)定性計算時，一般按兩臺最大吊車的最不利組合考慮（應計入動力系數(shù)）。吊車梁的豎向撓度取一臺最大吊車豎向荷載標準值，《鋼結構設計規(guī)范》附錄A中級工作制橋式吊車撓度容許值為1/1000。吊車梁的計算應用STS軟件鋼結構二維設計/工具箱，進入軟件后選擇吊車梁進行設計，根據(jù)吊車參數(shù)輸入到軟件中，吊車梁截面具體數(shù)據(jù)還要根據(jù)計算書合理選擇吊車梁尺寸。

（3）荷載取值。屋面永久荷載及可變荷載及風荷載均為常規(guī)設計。其中吊車荷載的取值根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009的規(guī)定。吊車豎向荷載標準值應采用吊車的最大輪壓或最小輪壓。吊車縱向水平荷載標準值，應按作用在一邊軌道上所有剎車輪的最大輪壓之和的10%；該項荷載的作用點位于剎車輪與軌道的接觸點，其方向與軌道方向一致。吊車橫向水平荷載標準值，應取橫向小車重量與額定起重量之和的百分數(shù)，并乘以重力加速度。

（4）檐口高度。根據(jù)工程概況，已知牛腿高度為7.0m，如甲方?jīng)]有特殊要求，那么檐口高度能滿足吊車安裝距離為宜。檐口高度=牛腿高度+吊車梁高+軌道高+吊車高度(查吊車參數(shù)H)+吊車安全容許距離+屋面梁高

=7000+600+134+1876+300+600（估算）=10510

故檐口取值10.5m。

3.2 剛架主體結構的計算

準備工作做好后，進入主體結構的設計工作。打開STS軟件，進入鋼結構二維設計/門式剛架進行建模設計，設計過程與普通門式剛架基本一樣。但需要注意幾點：建模時輸入牛腿的高度，增加吊車荷載，柱與基礎的連接均為剛接，柱頂位移限制1/400。計算簡圖見圖1。

圖1 主體結構計算簡圖

主平面內(nèi)剛架梁的應力比宜控制在0.90以內(nèi)，鋼柱的應力比宜控制在0.95以內(nèi)。高度及跨度都比較大的，一般不以構件的應力比起控制作用，而是以構建的長細比控制。計算完成后一定要檢查結果文件/超限信息文件，是否存在超限的梁柱，特別是剛架梁柱的寬厚比、高厚比是否超限。

3.3 支撐計算

在鋼結構中通常利用支撐提高結構或構件的穩(wěn)定性。合理布置支撐體系可有效優(yōu)化主要承重構件內(nèi)力分布情況，可有效改善整體剛度分布，加強結構薄弱環(huán)節(jié)，使結構整體共同抵御水平荷載，尤其是地震作用。

對于門式剛架其橫向荷載主要有門式剛架承擔，而縱向作用（包括風荷載和水平地震作用）主要通過支撐系統(tǒng)承擔。《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》GB51022-2015第8.2.5條，當有吊車時，吊車牛腿下部支撐宜設置在溫度區(qū)段中部，當溫度區(qū)段較長時，宜設置在三分點內(nèi)，且支撐間距不應大于50m。牛腿上部支撐設置原則與無吊車時的柱間支撐設置相同。此車間90m，遠小于溫度區(qū)段長度大于220m的要求。故下柱支撐設置一道，位于廠房中部，柱間支撐見圖2。

不考慮縱向水平地震作用時，上柱支撐承受山墻、天窗架端壁傳來的風荷載W1及其他縱向水平荷載H，下柱柱間支撐除上述支撐傳來縱向力W1+H外，還承受吊車的縱向水平荷載T及山墻抗風桁架傳來的W2。在柱間支撐相應位置的柱間設置屋面水平支撐，在屋脊及檐口處設置通長的縱向水平支撐，在屋脊、檐口、水平支撐節(jié)點處橫向水平支撐間設置多道縱向的剛性系桿。以上的水平支撐和剛性系桿有效傳遞了屋面的風荷載、吊車的縱向水平力，形成了門式剛架空間受力體系。

圖2 柱間支撐

4 結束語

文章通過實際工程實例，并結合相關規(guī)范要求，總結了帶吊車的門式剛架設計中注意的要點，給設計類似廠房的同仁提供參考。

[1]建筑結構荷載規(guī)范[S].GB50009-2012.

[2]鋼結構設計規(guī)范[S].GB50017-2003.

[3]門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程[S].GB51022-2015.

[4]柴昶.鋼結構設計與計算[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.

TU391

A

2096-2789（2016）12-0212-02