石志龙

【摘要】本文简要概述了重型钢结构厂房的基本设计流程。设计中应注意根据重型钢结构厂房结构体系复杂的特点，在满足工艺专业要求的前提下，尽量优化设计方案，合理确定柱网尺寸、结构形式和构件截面尺寸，同时满足结构安全性和经济性的要求。

【关键词】重型钢结构；厂房；结构设计；

1 工程概况

某矿山选矿生产线重型钢结构厂房为两跨（高低跨）刚架结构。建筑主体结构设计使用年限 50 年，建筑结构安全等级二级。建筑抗震设防分类为标准设防类，抗震设防基本烈度 6度，设计基本地震加速度 0.05g，设计地震分组第一组。建筑场地类别Ⅱ类，设计特征周期 0.35s。基础持力层为强风化泥岩，基础形式采用钢筋混凝土独立基础。

2 结构布置

厂房总长度 132m、跨度 24m +24m，基本柱距 12m，屋面坡度 1∶20。厂房高跨部分采用双肢格构柱，刚架柱高23.5m。高跨部分内设双层吊车，上层设 A5 级 125/50T 软钩吊车一台、轨顶标高 17.6m，下层设 A5 级 20/5T 软钩吊车两台、轨顶标高 l1.1m。厂房低跨与高跨部分毗邻建造，厂房低跨部分采用焊接 H 型钢实腹柱，刚架柱高 16.5m，设单层 A5级 20/5T 吊车两台、轨顶标高 l1.1m。厂房屋面梁采用焊接H 型钢变截面实腹梁。屋顶设通风气楼，喉口宽度 4m。屋面、墙面维护结构采用彩色压型钢板，屋面檩条采用高频焊接 H型钢檩条，墙面檩条采用 C 型冷弯薄壁型钢檩条。

3 荷载取值

厂房屋面恒荷载取值按彩色压型钢板0.15kN/m2，檩条、拉条、隅撑及支撑等 0.20kN/m2，通风气楼线荷载 3.0kN/m 经倒算后再按节点集中荷载输入。屋面活荷载取值 0.30kN/m2（刚架计算）0.50kN/m2。根据《荷规》基本风压取 0.40kN/m2，风载体型系数按不等高双坡屋面选取，风压高度变化系数按照 B 类地面粗糙度采用。吊车竖向荷载和水平、纵向刹车力按工艺专业提供的最大最小轮压，轮距和吊车台数，按影响线导算后在吊车梁节点标高处输入并考虑吊车荷载的偏心影响。

4 刚架计算分析

4.1 截面取值

①轴刚架柱的下柱和中柱截面采用双柱格构柱2H550×300×12×20肢距1500，斜缀条和横缀条采用TN125×125×6×9。上柱截面采用焊接 H 型钢柱 H800×350×12×16 并设置上层吊车检修通道人孔。②轴刚架柱的下柱截面采用双柱格构柱 2H550×300×12×20 肢距 2000，斜坠条和横缀条采用 TNI25×125×6×9。中柱截面采用实腹式阶形柱并设置下层吊车检修通道人孔，上柱截面采用焊接H 型钢柱 H800×350×12×16 并设置上层吊车检修通道人孔。①轴和②轴上柱和中柱之间采用肩梁连接，并兼做吊车梁的支座，肩梁必须具有足够的强度和刚度并加强构造，以保证阶形柱的整体工作。③轴刚架柱采用等截面焊接 H 型钢柱 H600×450×10×18。屋面梁截面采用焊接 H 型钢变截面梁 H（850～450）×300×8×12，H（450～650）×300×8×12。

4.2 构件计算长度确定

单阶和双阶柱在刚架平面内的计算长度由 STPJ 程序按《鋼规》5.3.4 条计算确定。在确定阶型柱平面内计算长度时，刚架柱顶与横梁的连接可偏安全的按铰接考虑。阶型柱在刚架平面外的计算长度取平面外支撑点之间的距离。平面外支撑点根据吊车梁位置和厂房纵向支撑体系确定。屋面梁平面内计算长度取屋面梁跨度，平面外计算长度取隅撑间距 6m。

4.3 计算结果

对刚架柱 STPJ 程序按荷载效应组合后的内力结果进行强度验算，平面内整体稳定和分肢稳定验算，平面外分肢稳定性验算，缀条强度和稳定验算。刚架柱长细比控制 150，强度应力比控制 0.75，稳定应力比控制 0.83。屋面梁考虑活荷载不利布置，强度应力比控制 0.85，稳定应力比控制 0.9。轻型屋盖厂房屋面梁在恒载和活载标准值作用下的绝对挠度按 1/250 控制。屋面梁在腹板内设置横向加劲肋确保梁腹板的局部稳定。刚架在风荷载标准值作用下的柱顶水平位移按1/400 确定。上层 125/50T 吊车为 A5 级工作制，因此刚架在吊车梁顶标高处，由一台最大吊车水平荷载产生的刚架柱位移按 1/800 控制。

5 吊车梁系统

吊车工作时，启动和制动均会对吊车梁产生横向水平力，因此对小吨位吊车必须将吊车梁上翼缘加强，对大吨位吊车应设置制动结构。厂房上层 125～50T 吊车位置走道板均按制动板设计，对边柱列增设制动边梁和制动板一起构成组合截面抵抗吊车横向刹车力。厂房下层 20/5T 吊车位置采用加强吊车梁上翼缘、设制动板或制动桁架的方式抵抗吊车横向刹车力。所有吊车梁均应进行强度，疲劳、竖向挠度、加劲肋区格局部稳定验算。对无制动结构的吊车梁补充整体稳定计算。

6 支撑体系

厂房屋面支撑系统用于保证屋盖结构在平面内的整体刚度和空间整体性，传递山墙风荷载、吊车纵向刹车力和厂房纵向地震作用。本工程厂房内按规范要求在两端跨和有柱间支撑的开间设置横向水平支撑，由于厂房内吊车吨位大，在纵向轴线处均设置纵向水平支撑。横向、纵向水平支撑均采用角钢十字交叉支撑。屋面采用大跨度、大间距高频焊接H 型钢檩条兼做屋面刚性系杆并在其三分点处设置角钢拉条和斜拉条。屋面隅撑采用双角钢截面。

厂房柱间支撑系统用于将山墙风荷载、吊车纵向刹车力、厂房纵向地震作用传递给基础，并在刚架平面外为刚架柱提供可靠的支撑点。本工程在厂房内两端跨设置上柱支撑，中间跨设两道上柱、中柱和下柱支撑。上柱支撑采用双片槽钢 K 形支撑，中柱支撑采用双片钢管 K 形支撑，下柱支撑采用双片钢管十字形支撑。柱间支撑与节点板连接的焊缝长度按不小于支撑杆件塑性承载力的 120%确定。

7 墙面维护结构体系

厂房墙面维护结构采用 C 型冷弯薄壁型钢檩条和彩色压型钢板。厂房柱距为 12m，在两刚架柱之间增设墙架柱承受厂房横向风荷载和墙体自重。墙架柱柱距为 6m，高度约为23.5m，墙架柱沿高度方向设四个支承点，分别位于柱顶、17.6m 标高吊车梁走道平台，9.9m 标高沿纵轴线的水平抗风桁架和墙架柱基础顶面处。厂房山墙中部开设 15m 宽大门，山墙抗风柱柱距 6m 无法直接落地，因此在 17.45m 和10.70m 标高增设两层钢管桁架承受山墙风荷载和竖向荷载。山墙上层钢管桁架跨度 22m 采用三角形桁架，两端支承于上层吊车梁上。其水平桁架部分用于承受山墙上部风荷载，竖向桁架部分用于承受山墙竖向自重。水平和竖向桁架之间由三道斜钢管连接。山墙下层水平钢管桁架跨度 22m，用于承受山墙下部风荷载，两端支承于下层吊车梁上。下层水平钢管桁架和山墙抗风柱之间用斜拉杆连接以满足其竖向变形要求。

结语

实践证明，在工艺允许时，通过优化柱距，协调主体及吊车梁的用钢量，结构可以取得最佳的经济性； 当吊车吨位、柱距较大时，钢管混凝土柱的抗压性能可以得到充分发挥，此时结构亦可以取得较佳的经济性。

参考文献：

[1]GB50017 -2003，钢结构设计规范[S].

[2]GB50011 -2010，，建筑抗震设计规范[S].

[3]CECS 28： 2012，钢管混凝土结构设计与施工规程[S].