有吊車抽柱輕鋼廠房的設計體會

王洵

摘 要：輕鋼結構是指主要承重結構為單跨或多跨實腹門式鋼架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無橋式吊車或起重量不大于20T的A1-A5工作級別橋式吊車或3T懸掛式起重機的單層房屋鋼結構。因生產工藝要求，大型廠房常要求抽除部分鋼架柱以滿足設備通行或大空間要求，從而形成抽柱鋼架。本文結合設計實例，闡述有吊車抽柱輕鋼廠房的結構分析方法。

關鍵詞：輕鋼結構；抽柱鋼架；結構分析

1 工程概況

江蘇某重工有限公司2#廠房長度234m，跨度為24X3=72m，柱距7米，每跨內考慮兩臺10T橋式起重機。建筑面積1.68萬m2。牛腿標高標高為8.1m，檐口標高12.0m，采用門式剛架結構，主剛架采用熱軋H型鋼，Q345B級，屋面坡度采用1/10，維護墻及屋面均采用輕質彩鋼板。該工程在11軸處抽除兩根中跨鋼柱，設置由大跨度吊車梁、屋面托梁、屋面支撐組成的抽柱系統，附結構局部平面布置圖，詳見圖一。計算軟件采用PKPM鋼結構軟件。該工程至今已竣工投產兩年。

2 抽柱系統的設計

11軸處鋼柱抽除后，主要需解決因抽柱產生的四個問題：1）11軸鋼架在中間D、G軸支座處均為鉸接，其屋面的荷載均由屋面托梁傳遞至兩側的10、12軸鋼架上，因而11軸，10及12軸均不同于原有鋼架，需重新計算設計，并需設置托梁；2）抽柱處屋面需設置屋面水平支撐以保證屋面鋼架的整體性及傳遞水平荷載能力；3）因抽柱形成大跨度柱網處，需設置14米跨度吊車梁；4）因荷載情況變化，10及12軸基礎需單獨設計。

2.1 鋼架的設計

對于抽柱的11軸鋼架，其鋼梁承受的屋面恒載及活載情況均與正常鋼架相同，其上下兩端柱柱頂、柱底均為剛接，中間抽柱處設置鉸支座，此模型應比較接近實際情況。經過計算分析，11軸鋼架梁均與正常跨相同，在采用相同的參數控制前提下，A、K軸兩鋼柱翼緣厚度由12mm增至14mm即可滿足要求；對于抽柱跨相鄰的10及12軸鋼架，其鋼梁承受的屋面恒載及活載情況也與正常鋼架相同，因托梁與柱頂鉸接，故只需在10及12軸鋼架的鋼柱頂增設一對集中力，分別對應由托梁傳遞的11軸屋面的恒載及活載。本工程屋面恒載及活載的取值分別為0.3KN/㎡及0.4KN/㎡， 所抽除柱的受荷載面積A=24X8=192㎡，則10及12軸柱頂需增設的集中恒載F1及活載F2分別為：

F1=（192X0.3）/2=28.8KN

F2=（192X0.4）/2=38.4KN

將以上荷載加于鋼柱柱頂，通過計算分析可知，抽柱對相鄰跨的影響有限，但考慮抽柱后形成的復雜情況，10及12軸鋼柱的應力比均按0.60控制，設計中增大了兩榀鋼架的鋼柱尺寸及厚度，預留足夠的安全儲備。此處的F1及F2也是計算托梁時的作用力，因相鄰跨柱托梁時的沉降極小，故計算托梁時應嚴格控制其撓度，以免相鄰鋼架因托梁撓度過大導致屋面變形。托梁與11軸鋼架的連接詳見圖二，與10、 12軸鋼架的連接詳見圖三。

2.2 屋面水平支撐的設計

屋面水平支撐應設置在設有柱間支撐的開間，在抽柱鋼架的周邊區域應相應增設水平支撐，加強鋼架之間的拉結。抽柱鋼架周邊水平支撐詳見圖四。

2.3 14米跨度吊車梁設計

鋼柱抽除后，需設置跨度14米的吊車梁，按跨內兩臺起重機考慮，計算吊車梁。最終計算得的吊車梁高度為1000mm，而相鄰吊車梁均為700mm，為保證吊車梁直線運行吊車梁頂需位于同一標高，此處可采取變截面吊車梁或設置高低牛腿的方法。本工程采取高低牛腿的方法，將牛腿降低300mm，再設置300mm高小立柱托高7米跨度吊車梁。此處的詳細做法詳見圖五。

2.4 基礎的設計

經過上文的計算分析可知，10軸及12軸基礎增加的荷載主要為托梁傳遞的恒載及活載，經過分析增加的吊車荷載較為有限，根據以上荷載可計算出基礎的面積及配筋。本工程采用深層混凝土攪拌樁復合地基，獨立基礎。

3 柱間支撐設計

本工程安裝有中級工作制10T吊車，若支撐設置不當，吊車行走時，就會造成剛架晃動，存在安全隱患，因此支撐的設置非常關鍵。交叉支撐采用角鋼，在廠房的頭、尾跨設置柱間支撐，中間跨每隔5～6跨設置一道，在設置柱間支撐的同一跨設屋面水平支撐，柱間支撐和屋面支撐一起共同組成廠房的支撐系統。

4 結語

本工程至今已竣工投產兩年，吊車運轉正常，經歷過揚州7月20日4.9級地震及冬夏大溫差的考驗，均能滿足正常使用要求，取得較好的經濟效益和社會效益。

輕鋼結構的優點是節材高效，耗鋼少，自重輕，制造安裝運輸簡便，工期短，可拆遷，定型批量生產易于實現商品化等，因而近年來發展迅速，應用領域日益廣泛。抽柱輕鋼結構作為輕鋼結構中特殊的一種，其抽柱系統的分析與計算尤為重要，設計時應仔細分析受力及傳力情況，形成清晰明確的結構體系。近些年來抽柱鋼架在工程中已出現較多，處理這一特殊情況的方法也形式多樣。為此，在謀求改進方面希望本文能起到拋磚引玉的作用，同時我們期待著與專家同行的合作。請大家共同關注與探討并指正。

參考文獻

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[2]CECS102：2002門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程 中國計劃出版社， 2002.

[3]03G520-1～2 實腹式鋼吊車梁 中國建筑標準設計研究院，2003.