大跨度超高重型鋼結構廠房結構設計分析
——以某鋼框架結構廠房為例

呂元星，唐招凈

河北寰球工程有限公司，河北 保定 072754

隨著社會經濟的不斷發展，人們對廠房結構有了新的要求，尤其是重型裝備作業，對于廠房的要求更高。這一類廠房結構跨度大、跨數多、吊車荷載大，因此這一類廠房結構比較復雜。為滿足現在對于廠房結構的要求，要從大跨度廠房結構等特點著手，確定當前設計要點，從多個方面考慮廠房的設計，并且做好相關工作數據的計算。

1 鋼結構平面布局選型

在正式開始施工前需要對廠房的鋼結構進行分析，對鋼結構所在區域進行合理劃分，在劃分時要從各個方面進行考慮，一般從工藝布局、建筑物平面尺寸和吊車的設置等方面進行考慮。

1.1 確定結構平面尺寸

在劃分大跨度超重型鋼結構廠房時，一般將單元長度尺寸控制在220m以下，需要對平面尺寸進行劃分，劃分的尺寸不僅需要滿足工廠生產工藝的要求，還要考慮貨流的出入口、人流的出入口等因素。對于大跨度重型鋼結構廠房的布局劃分，要考慮劃分的經濟效益，確保設計出來的結構是經濟可行的。

1.2 滿足吊車使用需求

大跨度超高重型鋼結構廠房會有一些大型設備需要吊裝，在進行設計時要考慮到吊車的影響，盡可能縮小軌高差異，將低于12m的鋼架端部下沿合并，合并成同一個單元計算。如果廠房為多跨吊車，在設計時要保證各個單元的分配合理性，考慮到地震對鋼結構廠房的影響。若有兩個吊車公共軸，一般把軸柱子設計成結構中的防火隔墻，以此保證整個廠房結構的安全性，并將其設置在主跨鋼架鋼柱的外側位置，這樣不易出現脫縫的情況。

1.3 控制結構投影尺寸

在設計廠房時，除了對平面尺寸進行設計，還要考慮鋼結構的投影尺寸，一般將投影尺寸控制在一個矩形或方形的結構中，在具體設計時，需要進行抗震設計，以提高廠房結構的抗震性能，保證結構的正常使用。

2 廠房屋面結構設計

在開展廠房設計工作時，需要考慮廠房屋面剛度對結構的影響，對于一般的大跨度超重型鋼結構廠房而言，一般要求廠房屋面剛度較大，這樣才符合設計結構的合理性與合規性。在設計的過程中必須保證廠房的屋面結構不會出現變形，嚴格控制撓度。對于廠房變形而言，需要重點對其進行控制，尤其是需要控制吊車軌頂處的水平位移，因為水平位移過大，廠房屋面剛度不夠，很容易造成屋頂變形，此時鋼柱就會起到懸臂柱的作用，但需要增大柱子剛度以及柱子截面，以滿足設計要求。在重型鋼結構廠房設計中，大多數的結構設計一般采用桁架屋面梁，該類廠房結構的自身荷載度大，若未采取具有針對性的措施進行處理，則會使得廠房屋面使用時出現漏水情況。此外，還可以選用實腹式梁方式，這類梁柱結構屬于鋼接觸式結構，結構出現變形的概率小，基本不會漏水。大跨度超高重型鋼結構廠房如圖1所示。

圖1 大跨度超高重型鋼結構廠房圖

3 大跨度超高重型鋼結構廠房設計實例

3.1 大跨度超高重型鋼結構廠房的工程概述

隨著我國社會經濟的不斷增長，工業生產量直線上升，對于重型設備的要求也不斷提高。為了滿足現代工業中的生產要求，以及重型設備運行的要求，在進行廠房結構設計時需要針對大跨度、多跨數、大噸位的吊車、大柱距等廠房結構設計進行研究，在所有的設計方案中，挑選最合適的廠房結構設計方案。文章以某廠房為例進行論述，該廠房結構形式為鋼框架結構，跨度為55.3m，柱距為25m，柱高為65m，縱向長度為260m。此外，可以在廠房結構的房高53m處運行4臺500t的吊車，在高25m處運行2臺160t的吊車，統計所用吊車均為A2類工作制。在進行廠房設計時，要確保廠房的位移、應力等滿足相關規范要求。該廠房結構設計方案種類及基礎數據如表1所示。

表1 廠房結構設計方案類型及基礎數據

3.2 廠房結構選型

在設計時不僅要考慮廠房生產需求，還要考慮廠房的結構選型，保證廠房的結構穩定性以及吊車在運行過程中的安全性。如果所選結構形式不符合這些要求，要重新選擇或對現有的結構形式進行更改，保證所更改的廠房結構的穩定性以及安全性，且滿足吊車正常運行的要求。在進行結構設計時，要對所選定結構進行詳細的數據分析。此工程選用單階柱（三柱肢），柱的橫截面尺寸為HW498mm×432mm，屋架選擇三肢架，上下弦截面均為HW400mm×400mm，腹桿為219mm×10mm，上下支撐的吊車梁采用外伸式牛腿。為滿足廠房的結構穩定性及吊車正常運行的要求，需要利用3D3S計算軟件或MIDAS計算軟件對廠房進行詳細分析。取某一中間榀利用3D3S計算軟件和MIDAS計算軟件進行計算，在計算的過程中，可忽略其存在的空間作用，兩種位移分析軟件的計算結果對比如表2所示。

表2 兩種位移分析軟件的計算結果對比

進行廠房設計分析時，排架柱頂位移需要滿足規范要求，因為排架柱頂水平的位移會直接影響吊車的安全運行，在具體設計時，需采取合理措施保證重型吊車運行的安全性和穩定性，同時降低吊車、卡軌力對鋼結構會造成的不良影響。因吊車荷載較大，形成的柱腳彎矩較大，需對鋼柱腳形式進行分析，采取合適的柱腳形式以滿足設計要求。

3.3 框架結構分析

（1）排架柱頂位移設計分析。在進行廠房結構設計分析時，需要以鋼結構的設計規范為主要應用條件，對排架柱頂位置的水平位移限制情況進行數據采集，并依據實際情況取值，采取合適的管控舉措，實現重型吊車對實際廠房結構施工安全性與穩定性的保證，避免吊車卡軌力對結構產生不利影響。

（2）柱腳形式設計分析。在進行廠房結構設計分析時，需要確保重型吊車的載荷值一直處于較大的狀態，同時增大柱腳彎矩力，確認柱腳形式。若只能采取常規的接入方式，則無法進行全面的柱腳受力分析，受力需求得不到滿足，此時需采用插入方式進行精確計算，以滿足工程施工界面。

4 結束語

目前，工業生產中重型廠房的需求量很大，為滿足工業生產對大跨度超高重型鋼結構廠房的需求，相關設計人員需對廠房結構進行更加合理的設計以及精準的計算，并不斷優化設計方案，以提高結構設計方案的合理性，確保大跨度超高重型鋼結構廠房滿足工業生產的相關要求。