浅谈压滤厂房扩建设计

2013-12-03陈丽萍

纯碱工业 2013年3期

关键词：屋架圈梁吊车

陈丽萍

（唐山三友化工工程设计有限公司，河北唐山 063305）

厂房扩建是工业厂房设计中经常遇到的设计任务，设计中除应对新建结构进行计算外，还应结合原有厂房的结构形式、特点对原有厂房进行改造。

1 工程概况

我公司原有压滤厂房为17榀跨度21m单跨排架厂房（长度90.09m，内设5吨LD型电动单梁起重机）。为适应生产需要，现对压滤厂房进行扩建，向南增加一个21m跨，长度不变，内设5吨LD型电动单梁起重机，扩建后成为双跨单层排架厂房。

2 厂房结构分析

2.1 结构布置变动

原结构南侧边列柱变为了中列柱，南侧外围护墙体需拆除，屋面排水需重新考虑，柱荷载增加需重新核算。

2.2 厂房结构布置

由于原有厂房为排架结构，新增厂房如无特殊要求尽可能与原有厂房结构形式保持一致。柱网布置与原结构相同，柱的下柱的截面几何中心线和基础的平面中心线相重合，注意基础梁与柱的关系。如无特殊要求新建厂房应与原厂房高度、外围护结构高度保持一致，便于吊车梁、圈梁、屋面排水的设置。

3 厂房结构计算

扩建厂房应按照扩建后的双跨单层排架厂房建模计算。单层厂房的主要荷载是通过以横向平面排架结构为主要受力骨架传到地基上的。在平面结构布置图上取相邻柱距的中线距离的区域为一典型计算区段作为排架的计算单元，然后进行荷载的统计及计算。

3.1 荷载计算

1）屋盖结构荷载，包括屋面恒载和屋面活载。其中恒载包括屋面板（天沟板）、屋架、天窗架、支撑等自重；活载包括屋面均布活荷载、雪荷载和屋面积灰荷载，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中的较大值。扩建后变为双跨，中柱屋盖结构荷载为原有荷载2倍。

2）吊车梁及轨道自重。

3）上柱和下柱自重。

4）吊车荷载。

本设计吊车为起重量为5t的轻级吊车。Pmax，k＝42.6kN；Pmin，k＝10.7kN。吊车自重56.6kN，宽4 000mm，轮距3 000mm，起重量50kN，小车重20kN。设计考虑两台吊车共同运行，图1为吊车布置示意图及支座竖向反力影响线图。

图1 吊车布置及支座竖向反力影响线图

计算Dmax、Dmin及Tmax：

根据B与K及支座反力影响线图，可得

作用点高度为标高12.400m处。

5）风荷载

风荷载设计值ω＝γQωk＝1.4×βz×μs×μz×ωo，式中字符含义及取值见《建筑结构荷载规范》。

3.2 排架内力分析及组合

排架计算基本假定：①柱下端固接于基础顶面，上端与屋架铰接；②屋架没有轴向变形。

该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架内力分析，求出各控制截面的内力。上柱底面为Ⅰ－Ⅰ上柱控制截面，牛腿顶面和下柱底面分别为Ⅱ－Ⅱ和Ⅲ－Ⅲ下柱控制截面。

荷载组合根据“荷载规范”，可以采用简化规则。组合值：①恒荷载＋任一活荷载；②恒荷载＋0.9（任意两个或两个以上活荷载之和），取最不利值确定。内力组合一般考虑4种内力组合：①最大正M及相应的N和V；②最大负M及相应的N 和V；③最大N及相应的M 和V；④最小N及相应的M 和V。荷载组合时应注意计算中考虑多台吊车组合荷载折减系数取值，竖向荷载时，两跨的每个排架，台数取4台时，β＝0.8；考虑多台吊车水平荷载时，台数2台时，β＝0.9。

3.3 排架柱基础计算

排架一般采用柱下独立基础，底面采用矩形。由于本地区地基承载力低，土质松软，本设计采用了桩基。按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。在确定基础或桩台高度、计算基础结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合。

3.4 原有结构核算

根据对新排架结构的计算结果核算原排架结构的可靠性，若原结构不足，应对原结构进行加固或改变方案。本设计经核算可以在原有结构进行扩建。

4 排架结构设计应注意的一些问题

4.1 屋架的选择

压滤厂房常年处于高温高湿环境下，本设计采用的是预应力混凝土折线形屋架，此屋架虽不如钢屋架易施工，延性好，但却比钢屋架更适应厂房环境，变形小。屋架形式的选择应根据屋架自身的性能特点和厂房的实际情况进行比较确定。双坡折线形屋架的上弦坡度采用1／5（端部）和1／15（中部）。预应力屋架跨中起拱值取ι／1000～ι／900，ι为屋架的跨度。厂房有通风要求，需设天窗。天窗架设计时可先按三铰拱计算各铰接点的反力，再按三角形封闭刚架计算内力。

4.2 柱计算长度及抗风柱计算

压滤厂房采用的是矩形现浇钢筋混凝土柱，根据排架计算所得的控制截面最不利的内力组合M和N，按偏心受压构件进行设计。排架柱计算长度应按表1取用。

表1 排架柱计算长度

H为从基础顶面算起的柱子全高；Hu为从装配式吊车梁底面或现浇式吊车梁顶面算起柱子上部高度；Hι为从基础顶面至装配式吊车梁底面或现浇式吊车梁顶面的柱子下部高度。

抗风柱设计时近似按受弯构件计算，并应考虑正、反两个方向上的弯矩。抗风柱与屋架连接一般使用竖向可以移动、水平方向又有较大刚度的弹簧板连接。

4.3 支撑

厂房支撑包括屋盖支撑和柱间支撑。支撑虽不是主要的承重构件，但却是联系各种主要构件并把他们构成整体的重要组成部分。支撑的设置位置及要求应符合建筑抗震设计规范及其他现行国家规范要求。柱间支撑一般采用X字交叉形支撑，它构造简单、传力直接，刚度较大。矩形钢筋混凝土柱的截面高度h≥600mm时，下部柱间支撑应设计成双片，且间距应等于柱高减去200mm。本设计中使用了双片L110X70X8的柱间支撑，设置位置除根据规范要求外，还应考虑原有厂房设置的位置。

4.4 外围护墙体

砌筑外围护墙采用外贴烧结页岩砖，设置构造柱和圈梁保证结构的整体可靠性。墙体内设置现浇钢筋混凝土圈梁的位置：①梯形屋架端部上弦和柱顶的标高处因各设一道；②应按上密下稀的原则每隔4m左右在窗顶增设一道圈梁；③山墙沿屋面应设钢筋混凝土卧梁，并应与屋架端部上弦标高处的圈梁连接。圈梁兼做过梁时，过梁部分的钢筋按计算用量另行增配。本厂房抗震设防烈度为8度，柱顶圈梁的纵筋选用了414，转角两侧各1m范围内的箍筋为φ8＠100，并增设了314的水平斜筋。圈梁与柱和屋架做好可靠连接，采用412，锚入长度不小于抗震锚固长度LaE。墙体与柱可靠连接采用26钢筋，钢筋锚入墙内500mm，沿墙高每500mm设置一道。扩建厂房与原有厂房外围护墙体设置圈梁标高尽可能保持一致，凿出原有圈梁钢筋避开新旧结合处采用双面焊接连接，保证圈梁闭合。