有關多層鋼結構工業(yè)廠房設計的分析與探討

文/程鋒年、王全 洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

有關多層鋼結構工業(yè)廠房設計的分析與探討

文/程鋒年、王全 洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

多層鋼結構工業(yè)廠房相比鋼筋混凝土工業(yè)廠房有自重輕，安裝簡便，施工周期短，抗震性能好等綜合優(yōu)勢。多層鋼結構廠房在設計中能夠發(fā)揮其本身的特點以及優(yōu)良的性能，還能提高工業(yè)廠房的使用效率，為企業(yè)節(jié)省了大量的廠房費用﹑提升建筑安全性。

多層鋼結構；工業(yè)廠房；設計；探討

前言

在目前，多層鋼結構設計的工業(yè)廠房被廣泛運用，由于其鋼結構的許多方便的特點及優(yōu)良的特性，受到大多數(shù)客戶和企業(yè)的信賴和重視。因此，多層鋼結構的工業(yè)廠房大量出現(xiàn)，為我國的工業(yè)集聚化發(fā)展起到了推動作用，在對多層鋼結構的設計中，要充分考慮到廠房中的許多工人的安全，確保廠房的設計具有科學性和安全使用的效用，有關設計人員要對其進行多方位地考慮和分析，不斷使多層鋼結構的設計科學合理化以及人性化。

1、多層鋼結構的工業(yè)廠房特征

對于多層鋼結構工業(yè)廠房主要采用的是輕鋼材料，與其他不同鋼材而言，輕鋼具有很輕的質(zhì)量特征。使用這種輕鋼材料作為多層鋼結構能夠使企業(yè)減少廠房的重量。其次，多層鋼結構大多設計運用輕型的圍護結構，其圍護的是夾芯金屬板材料，這種材料具有承載力很高的特點，且重量也比較輕，對多層鋼結構的安裝非常快捷和方便。這種結構的特點，具有很好的承受力，在鋼結構中的廠房設計中受到歡迎，對廠房的建設也有很大的效益。最后，多層鋼結構工業(yè)廠房的設計考慮到廠房用途，針對不同的廠房需求，有效增加空間，使廠房的空間使用效率顯著提升。多層鋼結構對于樓面的開孔很大，質(zhì)量的剛度中分布不均勻，很多工業(yè)廠房由于大型設備往往是在基礎進行貫通，使結構出現(xiàn)錯層等現(xiàn)象，從而對廠房的質(zhì)量以及剛度中沿著高度的分布形成不均勻的現(xiàn)象發(fā)生。若發(fā)生地震等災害的情況下，廠房的就有可能扭轉情況發(fā)生。

2、多層鋼結構工業(yè)廠房的結構內(nèi)力分析

2.1簡化網(wǎng)格生成

由于工業(yè)廠房內(nèi)設備荷載類型比較多，主次梁的布置往往錯綜復雜，完全按照實際情況建模會產(chǎn)生大量的相近甚至重合的節(jié)點，容易造成計算速度和準確性的下降，可以利用一些簡化手段，使程序簡單易操作，又確保計算精度不受影響。

2.2利用柱間支撐調(diào)整結構縱向周期

柱間支撐不能簡單地被看做是構造措施，必須把它作為一種受力桿件輸入到模型中，支撐的剛度直接影響到廠房縱向的周期和水平位移。在模型中，支撐構件可按兩端鉸接模擬計算。

2.3樓板模型的假定

當工業(yè)廠房樓板開洞較大時，樓面剛度降低，在建模時可將工業(yè)廠房的樓板設定為彈性樓板；而對于沒有開洞或者開洞尺寸較小的樓板，可以假定樓板整體平面內(nèi)無限剛。

3、多層鋼結構工業(yè)廠房設計問題分析

3.1、在很多的多層工業(yè)廠房結構中，實際使用時會涉及到很多貨物和機械設備的運輸，對于運輸系統(tǒng)就提出了較高的要求，一般負責豎向運輸?shù)氖请娞荨ｄ摻罨炷两Y構中對電梯井筒的剛度要求很高，其設置容易導致整個建筑產(chǎn)生偏心的問題。一般在空間設計時，應盡量避免將電梯設計在結構的端、角等部位，如果不可避免要設置在這些地方的時候，需要對其周邊的框架和樓板體系進行一些結構上的加強設施。

3.2、在進行工業(yè)廠房的結構設計時，需要仔細控制好其縱、橫方向的框架的周期在允許范圍內(nèi)。

3.3、很多廠房結構都比較長，需要設置一些結構縫，但是在地震發(fā)生頻率較高的區(qū)域應當控制地震縫的合理設置，不應當通過盲目增設地震縫來尋求達到抗震的目的，對很長的廠房減少地震縫的設置實際上是可以提高其抗震效果的。在設計和施工過程中，可以采取每隔40m設置寬度為1.4m的后澆帶一道，需要注意的是，后澆帶應當設置在對結構受力影響較小的部位。對溫度比較敏感的部位，需要適當提高其配筋率。另外，還需要適當?shù)夭贾靡恍┘芸諏樱黾游菝嫱L效果，或者將屋面的保溫板加厚提高其隔熱效率，以提高建筑的設計效率。

4、工程實例

4.1工程概況

該工程是某化工廠新增的多層鋼框架廠房，20x9.5m，橫向一跨9.5m，縱向柱距依次為6.5m，7m，6.5m,共4層，首層層高4.2m，第二層標高8.75m，第三層標高13.75m，第四層標高18.75m。

4.2結構分析和設計

4.2.1結構方案的確定

根據(jù)柱網(wǎng)布置，采用框架-支撐體系比較合適，在7m柱距間設置柱間支撐，以增強框架的縱向剛度。由于工藝專業(yè)提出保溫隔熱的要求，局部樓層采用了壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板，除此以外，所有樓層都采用普通的鋼格柵板，以方便安裝和拆卸。在鋪設鋼格柵板的樓層均設置了水平支撐，以增強結構體系的側向剛度和穩(wěn)定性。

4.2.2設計分析計算

（1）計算荷載

基本風壓為0.45KN/m2,地震烈度7度，地震加速度0.10g，地震分組為第一組，考慮到工藝設備及管道吊架鋪設的密集程度，樓面的活荷載設定為5KN/m2。樓面主要設備有：初餾塔冷卻器（8t）,產(chǎn)品塔冷卻器（13t）,均分布在第三層；冷凝罐（33.3t）,初餾塔（170t）,產(chǎn)品塔（95t）,蒸發(fā)器（16t），均分布在第四層。

（2）計算方法

經(jīng)過合理布局和模型簡化后，采用STS空間建模，SATWE結構分析程序完成框架桿件的強度和穩(wěn)定，節(jié)點強度的計算。

4.3構件設計

4.3.1截面設計

本工程采用焊接H型鋼柱，材料為Q345B，鋼梁采用Q235B，柱間支撐采用H型鋼，水平支撐采用角鋼。

4.3.2節(jié)點設計

應業(yè)主要求，鋼結構在工廠制作，現(xiàn)場安裝，節(jié)點均采用承壓型高強螺栓連接。

（1）柱腳節(jié)點。采用外包式剛性柱腳。在實際應用中很難達到理想的完全剛接，因此，除了滿足柱腳的強度要求外，還按照規(guī)范加強了柱腳的構造措施。

（2）梁與梁，柱與柱拼接節(jié)點。梁柱拼接遵循等強度的原則，翼緣和腹板均采用高強螺栓連接，使施工方便，快速，也避免了焊接質(zhì)量無法保證所帶來的不利影響。

（3）梁與柱連接節(jié)點。主梁與柱強軸剛性連接，與柱弱軸方向鉸接。

（4）主次梁連接節(jié)點。次梁與主梁鉸接連接，在計算高強螺栓時，除了考慮作用在次梁端部的剪力外，尚應考慮由于偏心所產(chǎn)生的附加彎矩的影響。

（5）側向支撐的連接節(jié)點。柱間支撐采用H型鋼，支撐斜桿按照兩端鉸接的壓桿模擬計算。

5、結語

本工程因規(guī)劃用地緊張，工藝設備及管道布置比較密集，荷載類型復雜，后期的修改也比較多，鋼結構施工方便的優(yōu)勢在這里得到了充分的體現(xiàn)。目前，該框架已施工完畢，并投入生產(chǎn)，使用狀況良好。

[1]鄭建偉.有關多層鋼結構工業(yè)廠房設計分析與探討[J].中國建筑金屬結構，2013，(24):7.

[2]覃思.有關多層鋼結構工業(yè)廠房設計分析與探討[J].現(xiàn)代裝飾(理論)，2012，(08):99.