帶雙層吊車的某鋼結(jié)構(gòu)廠房輕量化設計

茆 春 蕪湖鳩源建筑設計有限公司

1 前言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展，普通的輕鋼廠房小噸位吊車已經(jīng)無法滿足多種起吊高度、多種起吊重量的需求，同一跨內(nèi)重型吊車與輕型吊車同時工作已成為現(xiàn)階段業(yè)主最主要需求，雙層吊車就成為首選方案。

2 工程概況

安徽省航天機床制造股份有限公司位于馬鞍山博望區(qū)，1號廠房建成后，將成為其最主要的生產(chǎn)基地。本廠房橫向為二連跨，縱向為高低跨。A區(qū)為高跨雙層吊車廠房，工藝上要求在14.55m標高位置（軌頂標高）每跨設置單臺50t橋式吊車，而在8.40m標高位置（軌頂標高）一跨設置單臺32t橋式吊車，另外一跨設置兩臺16t電動單梁吊車；B區(qū)為低跨單層吊車廠房，一跨運行兩臺10t電動單梁吊車，另外一跨與高跨廠房的下層吊車相通，也運行兩臺16噸電動單梁吊車，本廠房考慮到低跨廠房有部分材料已具備，故在高低跨分界處采用分縫形式。建設地區(qū)的基本風壓為0.4kN/m2，基本雪壓為0.75kN/m2，平面尺寸為（20+20）m×（45+48）m。本文重點闡述的部分是A區(qū)雙層吊車廠房部分。

圖1廠房平面布置圖

3 結(jié)構(gòu)選型

由于本廠房高度較高，起重噸位達到50t，但是跨度只有20m，業(yè)主對柱距的要求僅限于大于7.5m，結(jié)合上述情況，本工程擬采用雙肢格構(gòu)柱及實腹式鋼梁組成的鋼框架體系作為結(jié)構(gòu)方案，此方案具有屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式簡單、柱子系統(tǒng)用鋼量小以及加工方便等優(yōu)勢。針對本結(jié)構(gòu)體系考察了9m、12m不同柱距剛架的用鋼量情況：經(jīng)過初步計算，廠房的剛架用鋼量增幅較少（約15%），而吊車梁系統(tǒng)用鋼量增加約50%，吊車梁系統(tǒng)的總用鋼量已超過主剛架，起控制性作用；同時屋面檁條系統(tǒng)Z型檁條超過9m跨度已不再適用，對12m柱距改用高頻焊接H鋼后，用鋼量大幅提高。綜合比較后，最終選定9m柱距作為優(yōu)選柱距。

4 剛架計算及其特點

本結(jié)構(gòu)采用中國建筑科學研究院PKPM的重鋼設計軟件STS。荷載應按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進行取值；剛架按照GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》進行計算；梁柱計算長度的選取是本剛架重點，其中柱子平面內(nèi)計算長度取將柱頭鉸接釋放后計算出來的計算長度，主要因為柱頭與梁剛接時，STS考慮到《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》附錄E.0.6計算假定是柱頂可移動但是不能轉(zhuǎn)動，而實腹式梁的剛度難以達到對柱頂這樣的約束條件，故將柱頂鉸接，按照附錄E.0.5柱頂即可移動也可轉(zhuǎn)動，用這樣一個偏安全的處理方式給結(jié)構(gòu)留下一定的儲備，而柱平面外計算長度按照柱間支撐選??；而梁的平面外計算長度考慮隅撐對梁平面外的彈性支撐的作用減小梁的平面外計算長度。

剛架柱邊柱下階采用焊接型槽鋼（角鋼：L160mm×100mm×12mm，鋼板：-300mm×12mm）和HN400mm×200mm組成的格構(gòu)柱，中柱下階采用2HN400×200組成的格構(gòu)柱。格構(gòu)柱柱肢直接升至50t上層吊車梁底，吊車荷載直接傳遞給鋼柱，可以大幅度減少柱子系統(tǒng)的用鋼量并提高結(jié)構(gòu)安全度；而下層吊車因噸位較小，可以采用懸挑式牛腿來承擔，牛腿同時可以充當格構(gòu)柱橫隔，減少了構(gòu)造需求；鋼柱柱腳采用插入式柱腳，比靴梁構(gòu)造簡單且節(jié)約了鋼材。

5 支撐系統(tǒng)

本工程A區(qū)和B區(qū)屋面水平支撐布置均布置在端頭處，同時柱間支撐也布置在端頭位置。因為結(jié)構(gòu)設縫，且單體長度小于50m，所以可以在端頭設置柱間支撐，同時高低跨位置，高跨山墻的抗風柱采用上端鉸接懸掛的方式，其下端水平支撐點正好位于低跨屋面縱向系桿的位置，系桿通過水平支撐將高低跨山墻風荷載傳遞給低跨高低屋面交界處的柱間支撐，在通過柱間支撐傳遞給基礎，完成一次高低跨山墻風荷載力的傳遞，此抗風柱下端螺栓孔采用豎向長圓孔的形式釋放掉豎向約束，保證與計算模型相一致。在屋面邊跨位置增加了屋面縱向支撐，加強結(jié)構(gòu)屋面整體剛度，減小吊車運行時廠房的震動。

6 維護結(jié)構(gòu)設計

本工程雪荷載頗大，C型檁條很難滿足9m的跨度的荷載，若減小檁距經(jīng)濟型較差。本工程采用Z型連續(xù)檁條，邊跨采用Z280mm×80mm×25mm×3.0mm，其余跨采用Z280mm×80mm×20mm×2.5mm，這樣經(jīng)濟性能較好，體型系數(shù)較大的邊跨稍微增加一些壁厚即可滿足承載力及正常使用要求。墻梁仍然采用C型檁條，主要是考慮到窗戶的形式較多，墻梁打斷的位置較多，難以形成連續(xù)墻梁，此時因為跨度較小，冷彎薄壁型鋼仍然可以滿足，經(jīng)濟性能較好。

圖2廠房典型剛架圖

圖3柱間支撐布置圖

由此得到一個結(jié)論：一般情況下，9m是冷彎薄壁型鋼維護構(gòu)件的極限跨度，超過9m用鋼量會大幅度提升，此時墻梁應考慮增加墻柱減小計算跨度，而檁條則改用高頻焊接H型鋼滿級使用要求。

7 基礎設計

本工程采用獨立基礎，根據(jù)建筑地基基黏土，承載力特征值fak=230kPa?？紤]到基礎埋深較深，故采用高杯口基礎，插入式基礎節(jié)約了上部結(jié)構(gòu)的用鋼量，同時在一定程度上節(jié)約了基礎造價。

8 結(jié)束語

本文介紹了馬鞍山航天機床廠1號廠房的設計，重點分析了結(jié)構(gòu)體系，支撐系統(tǒng)以及維護結(jié)構(gòu)與基礎設計中的關鍵問題?？傆娩摿吭?00kg/m2，滿足了經(jīng)濟適用安全可靠的要求。本項目為類似鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設計提供了較好的參考實例。