多跨重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

蔣建克 劉洋

浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司鋼結(jié)構(gòu)公司 浙江 杭州 310000

由于重型工業(yè)廠房中的吊車梁運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所造成的損壞，會(huì)妨礙到整個(gè)廠房功能的正常發(fā)揮，而屋架節(jié)點(diǎn)與桿件中出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)使得整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)倒塌。任何一種重型鋼結(jié)構(gòu)廠房都存在一定的特性，所以，在對(duì)其做出恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)研究是如今國(guó)內(nèi)外大多數(shù)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)人員的重點(diǎn)探索方向。因此，只有詳細(xì)的結(jié)合具體工程的實(shí)施情況，并且進(jìn)一步對(duì)重型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)做出深入的研究分析，找到其可靠性、持久性和高效性的最優(yōu)的交叉點(diǎn)，才能給工程設(shè)計(jì)提出良好的參考依據(jù)，突顯優(yōu)秀的理論意義與功能價(jià)值。

1 重型工業(yè)廠房特點(diǎn)

（1）廠房結(jié)構(gòu)中的吊車設(shè)備跨度大、柱子高、起重量也大。要想承受較大噸位的荷載，展現(xiàn)較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)剛度，其中的關(guān)鍵承重構(gòu)件的截面較寬，使用的鋼板也相對(duì)較厚。通常運(yùn)用的是格構(gòu)式構(gòu)件與桁架，從而降低材料用量。

（2）生產(chǎn)期間的磨損與消耗通其余鋼結(jié)構(gòu)建筑比較，很大概率對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)格發(fā)揮著較大作用。

（3）在規(guī)劃重級(jí)工作制吊車的廠房當(dāng)中，疲勞損傷與其有關(guān)的設(shè)計(jì)成為了關(guān)鍵部分[1]。

2 多跨重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的組成

（1）橫向框架。這個(gè)環(huán)節(jié)通常是由柱和橫梁相接組成的，也是廠房中最關(guān)鍵的承重部分，能夠?qū)S房所有的豎向和橫向水平的荷載量進(jìn)行較好的承重。要想達(dá)到強(qiáng)化其中的堅(jiān)硬剛度并實(shí)現(xiàn)節(jié)約鋼材的目的，就可以在橫梁或屋架與柱之間展開(kāi)剛性相接，而在柱和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間一般也是采用的剛性連接方式。

（2）縱向框架。在這個(gè)環(huán)節(jié)的組成部分分別有柱、托架、吊車梁結(jié)構(gòu)和柱間支撐等等，關(guān)鍵作用就是在肩負(fù)著豎向水平荷載的重量，其中涵蓋了豎向水平風(fēng)荷載、溫度作用、吊車豎向制動(dòng)力、豎向地震作用等等。

（3）吊車梁結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的主要的組成部分為吊車梁與制動(dòng)梁兩種，并且在重型廠房當(dāng)中還安排了橋式的結(jié)構(gòu)吊車。吊車梁結(jié)構(gòu)主要是負(fù)責(zé)承擔(dān)它的豎向和水平的荷載，并用柱的肩梁或牛腿來(lái)對(duì)吊車梁的兩邊提供支撐，在吊車梁的上翼緣平面當(dāng)中，一般順著水平方向安裝了制動(dòng)梁、制動(dòng)板或制動(dòng)桁架，能夠成功地把吊車的橫向水平制動(dòng)力傳送到橫向框架上。

（4）支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，它涵蓋了罩蓋支撐、柱間支撐和附加支撐，其功能是把平面框架連接到不變的幾何空間系統(tǒng)中，以確保工廠具有足夠的剛性與穩(wěn)定程度。并且，它支撐并傳遞各種水平荷載。墻支撐結(jié)構(gòu)由支撐和傳遞墻重量和風(fēng)荷載的柱和梁組成。在縱向側(cè)壁中，如果柱距離較小，通常僅定義墻架梁。對(duì)于垂直柱距離更遠(yuǎn)的山墻和側(cè)壁，結(jié)構(gòu)柱必須用作墻梁的支撐。結(jié)構(gòu)柱的頂部端點(diǎn)連接到梁或屋頂構(gòu)件的水平支撐節(jié)點(diǎn)，底部端點(diǎn)連接到基礎(chǔ)剛性連接[2]。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）房屋蓋梁設(shè)計(jì)。單層多跨重型工業(yè)廠房樓層高、跨度大，當(dāng)使用輕型保護(hù)層結(jié)構(gòu)（例如桁架、桁架等）時(shí)，保護(hù)層梁通常采用焊接鋼梁。當(dāng)房屋表面的水平荷載較低時(shí)，為了節(jié)省鋼材，零部件通常設(shè)計(jì)為類似于彎矩包絡(luò)形狀。一種方法是將加腋到梁和柱的連接處。另一種方法是將梁修改為變截面斜接，即沿構(gòu)件段線性修改截面高度，以便構(gòu)件的每個(gè)截面都同時(shí)到達(dá)或接近其承載邊界。如果重型工業(yè)建筑是彩色加壓鋼板，體積小，沒(méi)有單層覆蓋，就算使用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以節(jié)省鋼在主要框架中使用的鋼量，但制造和實(shí)施過(guò)程煩瑣，勞動(dòng)成本和其他額外成本較高，總體效率低于使用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。因此，建議將梁結(jié)構(gòu)用于后工程房屋的屋蓋層梁式結(jié)構(gòu)，即在屋蓋層梁上安裝直接鋪裝層。屋蓋梁可以選擇焊接H型鋼或軋制H型鋼，其中軋制H型鋼在工廠軋制時(shí)的生產(chǎn)成本低，但是由于規(guī)格的原因，鋼材用量往往更大，以至于建筑成本相對(duì)較高。所以，鋼鐵廠房屋的覆蓋梁主要選擇焊接H型鋼，不僅價(jià)格便宜，而且容易制造和加工。

（2）多跨重型厲性腳設(shè)計(jì)。連接到基礎(chǔ)的柱底部稱為柱腳，其功能是將柱主體的力傳遞和分配給基礎(chǔ)部分，并將柱附著到基礎(chǔ)上。基礎(chǔ)通常是由混凝土或者鋼筋混凝土筑成，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼強(qiáng)度，柱體底部必須放大，以增加與基礎(chǔ)接觸的面積，從而使接觸表面上的應(yīng)力小于或等于基礎(chǔ)的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。為此，柱腳底板必須具有一定的長(zhǎng)度和寬度，滿足剛性和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，柱腳結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼量大，制造成本較高。柱腳可以分為內(nèi)嵌柱腳、獨(dú)立柱腳和整體內(nèi)嵌柱腳。實(shí)腹式柱通常采用整體式柱腳，格構(gòu)式柱當(dāng)分肢間距稍大時(shí)，采用獨(dú)立柱腳，并且柱肢埋入基礎(chǔ)杯口的埋入式柱腳可以在安裝有保障時(shí)使用。大部分大重型工業(yè)建筑是運(yùn)用的靴梁帶隔板的獨(dú)立式杜腳，中間立柱的內(nèi)力通過(guò)與靴梁連接的垂直焊縫傳遞給靴梁，而從靴梁通過(guò)底板連接的水平焊縫肩梁采用單壁式肩梁，腹板高度為1800mm，該施工工藝可有效地將吊車梁傳遞的豎向荷載傳遞給下部鋼柱混凝土柱，從而提高節(jié)點(diǎn)的整體受力性能。

（3）柱間支撐設(shè)計(jì)。要想確保廠房的縱向和空間剛性，經(jīng)受齒輪、起重機(jī)的縱向制動(dòng)載荷、溫度應(yīng)力和地震作用，沿廠房豎向在上下立柱之間建立支撐。下部立柱之間的兩個(gè)支座通常應(yīng)放置在溫度段中間的三分之一處，但根據(jù)技術(shù)要求，立柱之間的支座無(wú)法放置在特定位置，因此必須調(diào)整位置以滿足技術(shù)要求。上部柱支座有四個(gè)通道，上部柱支座在溫度段的兩端還有兩個(gè)通道，并且位于下部柱支座的柱之間。

4 結(jié)束語(yǔ)

研究表明，建筑類型對(duì)工程經(jīng)濟(jì)有重大影響，宜采用剛與幾座重型鋼結(jié)構(gòu)連接的框架支撐體系。多跨重型工業(yè)建筑中使用的鋼材量隨柱距、跨度的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。總體而言，在多跨重型廠房懸架起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行前期規(guī)劃和理論設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中合理結(jié)構(gòu)選型是關(guān)鍵，應(yīng)盡量減少干擾，保持平面外的穩(wěn)定性，同時(shí)選擇剛性較高的結(jié)構(gòu)形式，以使整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，還應(yīng)考慮到生產(chǎn)工藝布置和施工方便性等綜合因素。