某門式剛架廠房的結構設計

摘要:本文對吊車荷載作用下門式剛架廠房的設計方法作了一些介紹，特別是對結構方案的選擇作了講述。

關鍵詞:門式剛架 吊車梁 柱截面形式 支撐

0 引言

門式剛架由于具有重量輕、造價低、安裝方便、施工周期短等優點，近十年在我國發展很快，尤其在工業廠房中已得到廣泛應用。但目前對一些廠房檐口較高，又有吊車荷載作用(特別是吊車噸位較大的橋式吊車)的門式剛架的設計，資料及經驗較為缺乏。針對以上情況，下面談談自己對門式剛架結構設計的一些體會。

1 門式剛架整體結構方案的確定

對于有吊車的門式剛架，設計既要受力合理，又要經濟，這與結構方案的優劣是密不可分的。能否控制好結構的水平位移是決定結構正常工作的關鍵，而影響結構水平位移的主要因素包括:風載、地震作用、吊車橫向水平剎車力。針對以上各因素，設計時除了可加大梁柱截面尺寸外，還可通過選擇合理的結構方案來達到同樣的效果:

1.1 剛性柱腳:此方法能有效地限制剛架的水平位移。因為剛架柱腳的剛接可直接加大剛架的整體剛度。

1.2 剛架的柱頂與梁的連接采用剛接:通過此方法同樣也可加大剛架的整體剛度.

1.3 增大柱截面的高度:此方法對加大剛架的水平剛度是最有效的，但由于柱凈高及經濟的要求，不能隨意加大柱截面高度。

1.4 加大屋面梁的剛度，在多跨剛架結構中，加大兩個邊跨梁截面高度，能夠有效的增加剛架的水平剛度。

2 吊車梁系統、制動結構及柱

2.1 吊車梁系統 對于有吊車荷載作用下的門架結構，吊車梁是結構設計的重要單元之一。它對能否保證吊車的正常運行起決定作用。吊車梁的設計可按《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)進行。吊車梁的材料一般選用Q235鋼或Q345鋼。跨度較小或中等跨度的吊車梁，強度起著控制作用，采用高強度鋼(如Q345鋼)可節約用鋼量，但對于大跨度的吊車梁，吊車梁的剛度成了主要的控制因素，鋼材的強度得不到充分的利用，可直接選用Q235鋼。

吊車梁系統的結構通常是由吊車梁(或吊車析架)、制動結構、輔助析架(視吊車噸位、跨度大小確定)及支撐(水平支撐及垂直支撐)等構件組成。當吊車梁的跨度及吊車起重量均較小、且無需采取其他措施即可保證吊車梁的側向穩定時，可不用制動結構:當吊車析架和重級工作制吊車梁跨度等于或大于12m，或中、輕級工作制吊車梁跨度等于或大于18m時、宜設置輔助析架和下翼緣水平支撐系統。

吊車梁或吊車桁架設計時一般應考慮兩臺最大起重量的吊車進行計算。吊車梁或吊車桁架的形式選用應根據吊車起重量的大小、吊車梁或吊車桁的跨度以及吊車工作等級等確定。

2.2 制動結構 制動結構一般分為制動梁和制動析架。制動結構應按吊車水平荷載及其他因素所產生的水平荷載進行計算。其與重級工作制吊車梁的連接應采用高強螺栓連接，高強螺栓的直徑一般采用18——22mm。

2.3 柱 移動的吊車同時產生不同于其它形式的垂直和水平荷載，因此作為吊車梁的支座—柱在整個結構上就顯得尤為重要。與其它形式的工業建筑相比較，有吊車的建筑物要求設計人員在設計時考慮吊車在運行過程中產生的動荷載，結構過大的晃動和震動將導致整個吊車梁系統中各構件產生疲勞，還會導致卡軌及屋面泄漏。

設計有吊車廠房結構時，支承吊車梁的柱的形式一般分為柱上設置牛腿或采用階形柱的形式，對于吊車起重量大的也可采用分離式柱的方法，如電解車間。也可根據吊車最大輪壓Pmax影響下的吊車梁支座處的反力Dmax大小和廠房檐口高度H來確定采用哪種支承形式。

3 節點設計

3.1 梁柱節點設計:剛架斜梁與柱的連接，可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式。這里主要談談端板豎放的設計要點，通常情況下，柱翼緣與斜梁端板采用高強螺栓連接，連接處柱翼緣厚度應與梁端板相同，兩者厚度一般應大于高強螺栓直徑，同時梁與端板宜采用坡口焊;端板連接的螺栓應成對對稱布置，在斜梁的拼接處，應采用將端板兩端伸出截面高度范圍以巾外的外伸式連接，當采用端板外伸式連接時，宜使翼緣內外的螺栓群中心與翼緣的中心重合或接近，當端板上兩對螺栓間距大于400mm時，應在兩對螺栓間增設一對螺栓，以保證節點剛度，減少節點變形，對同時受拉和受剪的螺栓，應驗算螺栓在拉、剪共同作用下的強度。

3.2 柱腳設計:門式剛架柱腳可設計成平板柱腳、插入式柱腳、埋入式柱腳及外包式柱腳，對于有吊車的門架柱腳，宜將柱腳設計成剛接，柱身與底板宜采用全熔透焊縫。柱腳錨栓應按規定設置彎鉤或錨板，錨栓的直徑不宜小于24mm，且應采用雙螺帽。

3.3 牛腿設計:牛腿上翼緣與柱連接焊縫宜采用焊透的V形對接焊縫，下翼緣和腹板與柱的連接可采用角焊縫。

4 支撐系統的設計

支撐系統既能保證剛架在安裝時的穩定性，也能保證在使用階段傳遞水平力至基頂。剛架結構體系的支撐分兩種:一是屋面結構的橫向水平支撐和縱向水平支撐、縱向柱間支撐;二是吊車系統的支撐。

4.1 屋面橫向水平支撐和縱向柱間支撐傳遞山墻風載和建筑物縱向水平地震荷載，能保證平面剛架的整體穩定及結構的空間穩定。

4.2 吊車支撐系統的作用是將吊車縱向水平剎車力傳遞到基頂，一般設置在吊車梁下翼緣以下。在設計中溫度區段長度不能按輕剛門式剛架的300m區段，而應按鋼結構設計手冊中(表2-17)單層房屋和露天結構溫度區段長度取值，每個溫度區段的支撐設置按以下方法確定:①在每個溫度區段或分期建設的區段中，應分別設置能獨立構成空間穩定結構的支撐體系。②通常將屋面支撐和柱間支撐設置在同一跨間，以組成幾何不變體系，如不能布置在同一跨間，則應加設剛性系桿傳力。一般柱間支撐應設置在溫度區段的中部，或當溫度區段較長時宜設置在三分點處，且間距不宜大于60m。③當有抽柱時，在抽柱的區段應設置縱向水平支撐，當為局部抽柱時，縱向水平支撐應向兩端各延伸一個跨間。④當柱距較大，邊柱列采用加墻架柱的方案時，應沿著設置縱向水平支撐。⑤當有高低跨時，應在高低跨處分層設置柱間上支撐及下支撐。⑥在屋脊處及柱頂處均應沿廠房通長設置剛性系桿，以傳遞水平力，當梁跨度較大時，也可適當增加剛性系桿，以減小梁計算長度。⑦當屋面設有天窗或通風器時，應在天窗架或通風器支腿下沿廠房設置剛性系桿。

4.3 支撐的形式:屋面橫向或縱向水平支撐采用鋼拉桿，形式為 “X”型;壓桿可采用雙角鋼、方鋼管、圓鋼管或屋面擦條。柱間支撐、吊車支撐形式一般采用“X”型，也有采用“K”，型或“框架”型。其中，“K”型或“框架”型支撐常用于因工藝或使用上的要求需要柱間支撐處開門，且開門尺寸較大時。

5 屋面和墻面的模條系統

門式剛架廠房最大的特點是圍護結構的重量輕，大多采用壓型鋼板和保溫隔熱棉。屋面的擦條和墻凜一般采用C型或z型冷彎薄壁結構，多采用簡支的支座連接方式。

擦條設計時，拉條的設置對擦條的受力很重要，拉條可提高擦條的整體穩定性。一般在靠近擦條的上、下翼緣處各設置一層拉條，當上翼緣有屋蓋板通過自功螺釘直接相連時，屋蓋板即足以約束上翼緣的側向位移及扭轉，此時可取消上層拉條。如果屋脊兩側屋面坡長相差較大，則應在屋脊處設置斜拉條和剛性撐桿。如果單坡長度較大，尚應考慮在中間增加斜拉條和剛性撐桿，具體做法可按拉條的承載能力計算確定。

6 結語

綜上所述，對有吊車的門式剛架結構的設計，需要設計人員在工作實踐中積累經驗，并針對每一種特殊的剛架形式，采用更加優化的剛架結構方案，以達到方案合理、節省用鋼量的效果。

參考文獻:

[1]GB50010-2002.混凝土結構設計規范[S].

[2]GB50011-2001.混凝土抗震設計規范[S].

[3]CECS29:90.混凝土結構加固技術規范[S].