浅谈某工业厂房重型钢结构的设计

柳建政

摘 要：钢结构取代了传统的混凝土、砖围等结构成为工业厂房的主流结 文以此为对象，就其设计方面的一些问题展开讨论。首先结合实例，介绍了某厂房的工程概况，随后分析了在设计上的几个主要环节，包括吊车的竖向和水平载荷的确定，水平位移控制。最后就设计中值得重点考虑的几个问题展开探讨。

关键词：工业厂房；钢结构；设计

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）07-0002-02

1 钢结构工程概况

某工业厂房总面积约为1×105m2，长和宽分别为350m和300m。厂房由上而下依次为上部钢结构、中间为钢结构网架、基础部分为承台桩结构。厂房采用不等距的柱间距，有8m、10m、12m、26m几个主要的间距。在横向方向上，分为8个跨段，每个跨段距离在40m左右。该厂房的钢结构横向剖面如图1所示。

图1 厂房横向剖面

工程抗震设防烈度为7度，考虑到厂房的重要程度，按百年一遇确定基本风压为0.6kN/m2。地面粗糙度类别为A 类。基本雪压0.2kN/m2，所有吊车均为软钩吊车，吊车工作级别均为A5。

2 钢结构设计典型问题分析

2.1 吊车载荷的确定

《建筑结构载荷规范》中关于吊车数量的规定如下表1所示。

目前，工业厂房钢结构设计工艺也在不断发展，单就柱间距这一参数来看，设计也在不断扩大其间距值，12m已成为设计主流，在本文研究的厂房中，最大的柱间距已达25m。在不考虑双层吊车的情况下，如果只考虑不多于4台的吊车，同时还要考虑到载荷的安全系数，跟实际的10台左右的实际容量相比，如果这样设计安全漏洞就较为明显了。对于本例中多层吊车的厂房设计问题，在设计上要通过分析吊车数量，并通过最大可能性设计，得出影响线来计算竖向载荷。

在横向上的水平载荷的分配，也应结合车轮的实际情况开判定。若车轮为单橼形式，则水平载荷将集中于小车的一侧，依靠车轮与轨道之间的摩擦力承担水平载荷。依据公式：Hk=aPkmax吊车的最大水平载荷的计算，是以最大的竖向载产生的轮压乘以钢轨与轮子之间的滑动摩擦系数a来确定的。一般a取值在0.14左右。关于横向载荷规范指出：吊车制动时，能够产生的摩擦力应足以应对制动所需的最大制动力。同时水平载荷应等分与小车的两端，两边架桥应各承受一半的载荷。但是实际上，车轮的宽度比车轨的要大，行车时基本不会产生卡轨的现象，滑动摩擦系数a已经是按照最大的卡轨力来计算的，其安全性已经得到考虑。因此，不区分吊车的轮缘形式可以简化横向载荷的分配设计。

2.2 水平位移控制指标

《钢结构设计规范》附录A中指出，柱顶位移可取H/400。在本工程中，Lmax= H/400=83.5mm，位移比为1/443。位移比在结构计算中起核心作用。考虑风载荷和吊车载荷的作用，对位移进行了设计核算，将本工程中的柱间距12m、26m两种情况在的位移计算结果列表2如下。

对于A6级吊车所做的规定1/1250为限制。从以上计算结果分析，本工程中制作采用A5，远小于规定的限制，由于考虑风载荷作用，还是要着重考虑吊车梁顶的位移计算。其计算内容主要包括：吊车梁顶左右两侧的位移差，若位移差大于一定的限制，则容易发生卡规的现象，规范中未强调，设计中要予以重视；另一种情况也容易造成卡规，那就是如果同一侧的吊车梁的高度差大于一定限制，则容易造成吊车梁和轨道的变形，同样容易卡轨。目前在设计中要减小此类位移差带来的不良后果，通常是通过减少位移值的绝对量来减少位移差。

3 钢结构设计典型问题分析

3.1 排架柱

在本工程中，厂房采用双层吊车的钢结构设计，排架柱由上至下分为3个不同的截面设计，依次为实腹 H型截面、H型截面、H型截面。在下部分中，柱间采用角钢连接。中柱与下柱采用同种截面，设计优势在于减少了截面的改变，从而减少了连接接头，并且竖向载荷在传动过程中没有水平转换过程，传动更为直接。

3.2 吊车梁

在工业厂房的钢结构设计中，如果柱距较小，则可以将吊车梁简化视为用于支撑的水平杆。当柱距较大时，就会因为细长比的限制，问题就凸显出来。规范指出，对于承受动力载荷的钢结构构件应该严格控制长细比，严格设定长细比限制。在设计中，对于吊车梁有较大柱间距跨度，同时又作为水平杆时，就要严格计算其长细比。从经济角度来考虑，如果不计算长细比，而是通过单一加大截面积就会造成不必要的浪费。另外，亦可以考虑另设水平系杆来。

3.3 钢结构的连接节点

当采用吊车梁作为水平系杆时，吊车梁与杆件的连接问题就尤为重要了。目前，在柱间距相对较大时，多采用八字支撑而非十字交叉支撑的方式，用以减少支撑杆件的长度。

3.4 其他设计问题

首先工业厂房的设计要以使用为原则，厂房设计应首先服从于生产，结构设计人员要首先了解生产工艺的布置，避免和减少施工过程中出现的问题。要从生产区域的充分利用，生产的合理规划角度设计厂房。其次是防火设计，钢结构的厂房具备很多优点，但是防火能力还是差强人意。温度在300℃左右时，钢的性能就大幅度下降，硬度、抗拉强度等都会变差。500℃时就会发生坍塌。厂房的钢结构设计要同时考虑到防火等级，选用相应等级的钢材，选用恰当的设计有效防火。再次是防腐设计钢结构暴露在空气中，容易受到侵蚀。一旦侵蚀导致钢截面变小就会引起应力集中。可以采用涂覆防腐材料等手段，结合厂房的实际情况做出设计选择。

总之，通过上文的分析，工业厂房钢结构的设计需要注意的地方很多。包括吊车台数的确定要按照实际的情况选择参与组合的吊车台数、单橼车轮的情况下、对横向的载荷分配就要着重考虑、细长比在结构计算中的主要作用、角焊缝强度的验算等都是设计中需要着重考虑的问题。工业厂房重型钢结构的设计对于实现厂房的经济价值、利用水平都至关重要，是在钢结构厂房处于主流背景下的一个值得深入探讨的话题。

参考文献

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