淺談鋼筋加工廠大棚主要設計驗算

向樂

摘要：鋼筋加工廠大棚的驗算主要分為結構驗算和基礎驗算，結構驗算主要為鋼筋大棚鋼結構的相關驗算，基礎驗算主要為地基承載力、預埋件、焊縫以及抗傾覆驗算等。本文結合貴州沿印松高速公路項目鋼筋加工廠大棚通過各項設計驗算，得出了結論，對類似工程具有一定的借鑒作用。

Abstract： The check calculation of the steel processing plant greenhouse is mainly divided into the structure check and the foundation check. The structure check is mainly related to the steel structure of the steel bar. The foundation check is mainly the foundation bearing capacity， embedded parts， welds and anti-overturning check. In this paper， combined with the design and calculation of the reinforced processing factory shed of the Guizhou Yanhe-Yinjiang-Songtao Expressway Project and through various design checks， the conclusions is obtained， which has certain reference role for similar projects.

關鍵詞：鋼筋加工廠;大棚;結構驗算;地基承載力;預埋件;焊縫;抗傾覆

Key words： rebar processing plant;greenhouse;structural check calculation;foundation bearing capacity;embedded parts;welds;anti-overturn

中圖分類號：TU392.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）05-0160-04

0? 引言

隨著廠站標準化的大力推行，及安全生產日益重要的國情下，使得廠站臨時結構的安全性變的尤為重要，相應的專項方案要求也隨之提高。以往的廠站專項方案中雖有部分結構驗算，但是大多數都不全面，為了切實保證廠站臨時結構的安全性能，有必要對相關驗算進行梳理并推廣。

1? 工程概況

貴州沿印松高速公路鋼筋加工廠地基承載力標準值取動力觸探試驗測得的地基承載力260kPa，容重為20.5kN/m3。貴州銅仁地區基本風壓為0.2kN/m2（10年一遇），基本雪壓為0.2kN/m2（10年一遇）。

鋼筋加工廠大棚采用弧形拱架輕鋼結構，大棚頂部采用多跨雙坡門式鋼架，跨度（寬）26m，檐高10m，棚頂拱高2.4m，全長132m，立柱間距6m，等跨等高等間距布置。

立柱采用？準299×8mm鋼管，三元拱梁采用3根？準60×3.5mm鋼管，雙層拱梁上下弧度間距480mm，采用？準20×2mm鋼管對拱梁進行三角支撐加強;頂棚檁條采用120×60×2.75mm矩形鋼管，間距為1m，立柱之間使用加強拉筋加固，屋面四周采用0.4mm彩鋼單板包圍9m高，上部預留通風口。所用鋼材均采用Q235鋼。

立柱基礎為54個臺階式C25混凝土基礎，基礎尺寸為上部0.7×0.7×0.3m，下部尺寸為0.9×0.9×0.5m，基礎埋深0.7m，每個基礎混凝土用量0.552m3。

預埋鋼板采用60×60×2cm，錨筋采用？準25帶肋鋼筋;立柱底部鋼板為34×34×1cm鋼板，焊接采用直角焊縫

2? 鋼筋大棚的結構驗算

20×2mm鋼管：（三元拱梁連接件）截面積：A=113.097mm2;慣性矩I=4636.991mm4;截面模量W=463.46mm3;單位重量：0.888kg/m。

299×8mm鋼管：截面積：A=7300mm2;慣性矩I=77474200mm4;截面模量W=518220mm3;回轉半徑i=102.9mm;單位重量：57.41kg/m。

60×3.5mm鋼管：截面積：A=621.3mm2;慣性矩I=248850mm4;截面模量W=8290mm3;回轉半徑i=20mm;單位重量：4.875kg/m。

120×60×2.75mm方鋼管：截面積：A=960mm2;慣性矩I=615400mm4;截面模量W=20510mm3;單位重量：7.53kg/m。

彩鋼瓦厚度0.4mm：單位重量：3.69kg/m2。

Q235鋼材的[σg]=235÷1.2=195MPa

2.1 棚頂檁條受力計算

棚頂檁條受到彩鋼瓦的壓力、自重和雪壓：

q=1×3.69kg/m2×9.8+7.53kg/m×9.8+200N/m2×1m=310N/m

其最大彎矩產生在跨中：

Mmax=ql2/8=310×6×6/8=1395N·m

σw=Mmax/W=1395/（20510×10-9）×10-6=68.02MPa

σw=68.02MPa<235/1.2=195MPa

故，強度滿足要求。

2.2 棚頂拱梁架受力計算

拱梁架受到雪壓、彩鋼瓦、檁條壓力和自重：q=310+（4.875×3×9.8+0.888×1.5×9.8）=466.38N/m

其最大彎矩產生在跨中：

Mmax=ql2/8=466.38×26×26/8=39409.11N·m

I=I總+a12A+a22A+a32A

=3×248850+621.3×（480/3）2+621.3×（480/3）2+621.3×（480×2/3）2

=96178230mm4

W=I/Y=96178230/（320+30）=274795mm3

由于受力彎曲時，梁的彎矩隨截面位置變化，Mmax所在截面稱為危險截面，最大彎曲正應力發生在彎矩最大的截面上，且離中心軸最遠處，該處為危險點。

σw=Mmax/W=39409.11/（274795×10-9）×10-6=143.4MPa

σw=143.4MPa<235/1.2=195MPa，強度滿足要求。

2.3 棚頂拱梁受力分析

由上述得知立柱受到的上部結構壓力q1=466.38N/m

H=q1L2/8f=466.38×26×26/8×2.4=16420N/m

立柱頂端位移f=HL4/8EI=16420×104×106/8×2.06×105×77474200=1.3mm

可知立柱在水平力作用下位移較小，按照簡化計算。（圖2）

針對鋼筋大棚采用拱形和直線梁結構從受力講肯定拱形結構更有利，同時采用拱形更有利于坡面排水和外形美觀。因為棚頂荷載相對較小，可以采用簡化計算，根據跨徑及排水考慮起拱值，可不考慮外力，梁的材料主要取決于跨徑大小。（圖3）

2.4 立柱受力計算

立柱采用？準299×8mm鋼管，立柱高度為10m，間距6m，中間立柱受力最大。鋼筋大棚為22跨連續結構，偏安全考慮，取單跨計算，計算模型如右圖：立柱受到的上部結構壓力q1=466.38N/m。

由于在混凝土進行錨固，按照懸臂進行計算：

計算長度l0=0.7×L=0.7×10=7m;

長細比λ=l0/i=7÷0.10292=68.0;

鋼管為a類截面，查表得穩定系數為0.849;

ψ[σg]=0.849×195=165.56MPa

σ=F/A=466.38/7300×103=63.89MPa<ψ[σg]=165.56 MPa

滿足要求。（圖4）

3? 鋼筋大棚立柱基礎及抗傾覆驗算

3.1 地基承載力修正

當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，應按下式進行修正計算：

fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）

鋼筋大棚基礎埋深為0.7m，底部尺寸為0.9×0.9m，故只需對埋深進行修正，場地為大面積后填開山石渣，修正系數ηd取2.0，修正后地基承載力按下式計算：

fa=fak+ηdγm（d-0.5）

=260+1×20.5×2×（0.7-0.5）

=268.2kPa

得，修正后的地基承載力為268.2kPa。

3.2 基礎驗算

基礎采用C25混凝土，軸心抗壓設計值為11.9N/mm2。

綜上得知：立柱受到的上部結構壓力q1=466.38N/m。

鋼筋大棚立柱間距為6m，以6m為一個單元對基礎進行驗算：

q=466.38×6=2798N/m

G=V反=ql/2=2798×26/2=36374N

每個支腿下與基礎接觸面為50×50cm，

對基礎產生的軸心抗壓為0.145N/mm2，小于

11.9N/mm2。

故基礎滿足要求。

3.3 地基承載力驗算

基礎地面的壓力：當軸心荷載作用時pk？燮fa，pk應按下式計算：

pk=（Fk+Gk）/A

Gk=0.552×2.4×10+（0.9×0.9-0.7×0.7）×0.3×20.5

=15.22kN

pk=（36.374+15.22）/（0.8×0.8）

=80.62kN/m2<268.2kN/m2

故，地基承載力滿足要求。

3.4 立柱焊縫受力計算

采用直角焊縫，由于它的抗剪能力較強，其抗剪強度設計值較對接焊縫取值較高，且角焊縫受剪力情況較多，故不分受力種類，抗拉、抗壓、抗剪的強度設計值均采用同一標準，因此焊縫強度可按下列公式計算：在通過焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用下：

當力垂直于焊縫長度方向時：

σf=N/helw？燮βfftw

當力平行于焊縫長度時：

τf=N/helw？燮ftw

基本風壓取10年一遇，立柱焊縫按單個計算，立柱間距6m，受風面按6m寬計算。

F1=0.2×9×6=10.8kN

F2=0.2×2.4×6=2.88kN

對基礎頂產生的彎矩為

P=F1×5+F2×11=85.68kN·m

已知焊縫長度為34cm，水平力N=P/h=85.68/0.34 =252kN

基礎底面焊縫受力N=252kN。（圖5）

3.4.1 立柱焊縫驗算

立柱底板尺寸為34cm×34cm×1cm

則基礎預埋鋼板與立柱底板的焊縫驗算如下：

焊縫為直角焊縫，焊腳尺寸為hf=10mm

即取he=0.7hf=7mm，lw=340-10=330mm，βf取1.0，ftw=160N/mm2

垂直于風荷載方向的焊縫強度：

σ=N/helw=252000/（7×330）=109N/mm2<1.0×160N/mm2

平行于風荷載方向的焊縫強度：

τ=N/helw=252000/（7×330）=109N/mm2<160N/mm2

即焊縫強度滿足要求。

3.4.2 預埋筋焊縫驗算

大棚立柱基礎預埋錨筋直徑25mm，滿焊，則基礎預埋鋼板與預埋錨筋的焊縫驗算如下：

焊縫為直角焊縫，焊腳尺寸為hf=10mm

即取he=0.7hf=7mm，lw=500-10=490mm，βf取1.0，ftw=160N/mm2

垂直于風荷載方向的焊縫強度：

σ=N/helw=252000/（7×490）=73.47N/mm2<1.0×160N/mm2

平行于風荷載方向的焊縫強度：

τ=N/helw=252000/（7×490）=73.47N/mm2<160N/mm2

即焊縫強度滿足要求。

3.5 預埋件驗算

鋼筋大棚基礎預埋件承彎剪荷載，驗算采用下式：

K1Vj？燮（1.5As1fst1+As2fst2）ar

K2Mj？燮0.85h0As1fst1ar

鋼筋大棚基礎預埋件采用60×60×2cm鋼板，錨筋采用4根？準25HRB400鋼筋，fs1 、fs2=360N/mm2，As1=As2=490.63×2=981.26mm2，錨筋間距為40cm，h0=0.4+0.1=0.5m，ar取1.0，Mj=P=85.68kN·m，Vj=N=252kN。

K1Vj=1.55×252=390.6kN

（1.5As1fst1+As2fst2）ar =（1.5×620×360+620×360）×1

=558kN>390.6kN

K2Mj=1.5×85.68=128.52kN·m

0.85h0As1fst1ar=0.85×500×981.26×360×10-6=150.13kN·m>128.52kN·m

故，預埋件安全。（圖7）

3.6 鋼筋大棚抗傾覆驗算

傾覆力矩計算如下：

M傾=F1×5+F2×11=85.68kN·m

大棚及基礎穩定力矩計算：

2個立柱+2個基礎G1=（0.552×2×2400+57.41×10×2）×9.8/1000=37.22kN，上部結構重力G2=466.38N/m×6×26/1000=72.76kN。得：

M穩=G1×0.9/2+G2×26/2=962.6kN·m

M穩/M傾=926.6/85.68=10.8>1.5

滿足抗傾覆要求。

至此，所有驗算結束，均滿足要求。

4? 結論

通過驗算，鋼筋大棚結構、基礎等均滿足要求，達到了安全和適用性要求，下一步需要在經濟性上進行調整完善。根據驗算結果，可適當調整部分構件尺寸等，以最少的經濟投入滿足現場安全生產需求。

參考文獻：

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