双层吊车钢结构厂房设计浅谈

郭建华

摘 要：根据工程实践，详细介绍在设有大吨位吊车的情况下，根据普通钢结构设计规范和轻型钢结构规程，对大吨位双层吊车钢结构厂房进行设计，为解决类似的设计问题提供了成功的范例。

关键词：大吨位双层吊车 门式刚架 吊车梁

中图分类号：TU209 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0039-01

1 工程概况

该工程为兰州某工厂重装厂房。厂房长90 m；厂房宽51 m，两跨连续（24+27） m，为高低跨屋面，檐口高度分别为23 m、16 m；纵向柱距均为7.5 m。双坡屋面，坡度5%。

A～B轴24 m跨，高屋面，设有双层吊车，下层为一台20 t/5t桥式起重机，上层为一台75t/20 t桥式起重机，吊车跨度均22.5 m；B～C轴27 m跨，低屋面，设有单层吊车，为一台20 t/5t桥式起重机，吊车跨度25.5 m。均为A5工作制，20 t/5 t起重机轨顶标高均为12.00 m，75 t/20 t起重机轨顶标高为17.60 m；抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20 g；设计地震分组为第三组；建筑场地类别为Ⅱ类。设计荷载见表1。

2 结构设计

2.1 设计控制指标

该工程采用焊接H型实腹梁柱截面（材质Q345-B），轻型门式刚架屋盖结构。

本工程设有最大吨位75 t吊车，厂房高度超过12 m，已经超出《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（以下简称“CECS102”）的适用范围（CECS102第1.0.2条及4.2.2条），结构类型应为单层钢结构厂房，按照GB50017-2003《钢结构设计规范》（以下简称GB50017）及GB50011-2010《建筑抗震设计规范》进行设计与控制。考虑到本工程围护结构均为轻型檩条压型钢板结构，同时考虑经济节省原因，设计主刚架、吊车梁及制动桁架时，根据GB50017控制刚架柱侧移及吊车梁变形，刚架梁及围护结构变形仍按CECS102控制。

（1）根据GB50017并参照CECS102，主刚架梁挠度限值取其跨度1/240，风荷载标准值作用下主刚架柱顶侧移限值取其高度的1/400。吊车梁A5中级工作制，永久和可变荷载标准值作用下竖向挠度限值取其跨度的1/1000。

（2）GB50017对有重级工作制吊车的主刚架，要求在仅有一台吊车水平刹车情况下，柱顶相对侧移△/hc≤1/1250。对中轻级工作制吊车，规范没有明确规定，该工程设置双层吊车，且吨位较大，水平刹车力大，考虑到刚架整体水平侧移刚度要求高，同时兼顾吊车使用过程中，驾驶室操作人员的舒适度，并参照类似工程经验，设计要求吊车水平荷载标准值作用下，上层吊车梁牛腿标高处刚架柱侧移限值取牛腿处柱高度的1/850，下层吊车梁牛腿标高处刚架柱侧移限值取牛腿处柱高度的1/1000。

（3）为加强厂房整体刚度，并减小侧移，屋面支撑同时采用横向支撑和纵向支撑；钢柱脚采用整体式刚接柱脚，并采用有靴梁和肋板的柱脚以保证柱脚底能承受较大的弯矩和水平剪力。基础采用钻孔灌注桩基础，并保证基底桩不出现拉应力。

（4）围护结构参照CECS102，仅支撑压型钢板的屋面檩条挠度≤L/150，仅支撑压型钢板墙的墙梁挠度≤L/100（L为构件跨度）。屋面支撑系统中，受压杆长细比≤200，吊车粱以上柱间支撑压杆长细比≤200，吊车粱以下柱间支撑压杆长细比≤150；受拉杆长细比≤300。

2.2 设计选用方案

根据上述设计要求并结合本工程的特点，进行结构方案布置：

（1）24 m跨度双层吊车刚架柱为焊接工字型实腹式单阶柱，刚架梁为焊接工字型实腹式变截面梁；27 m跨度单层吊车刚架柱为焊接工字型实腹式等截面柱；变截面梁拼接节点采用高强螺栓摩擦型连接；梁柱连接采用端板竖放式高强螺栓摩擦型连接；柱脚为刚性连接，并设置抗剪键。

（2）由于吊车吨位较大，横向水平刹车荷载较大，吊车梁设计为焊接工字型实腹式等截面梁，并在75 t吊车梁处设置制动板，以保证吊车梁在较大的水平刹车荷载下的平面外稳定。

（3）屋面檩条采用Z型斜卷边薄壁型钢。

（4）屋面支撑采用型钢支撑加刚性系杆体系，考虑到大吨位吊车纵向刹车力较大，且刚架柱截面高度大于1000 mm，75 t吊车梁以下柱间支撑均采用双片支撑体系。

3 主刚架结构设计

3.1 使用软件

计算软件采用中国建筑科学研究院PKPM系列软件2010年WINDOWS网络版PKPM系列钢结构软件STS。在模型计算中主要用到PKPM软件提供的结构静力分析模块，求解载荷引起的位移和内力。

3.2 计算模型

计算时，按二维平面结构处理，以一榀刚架为计算单元，将刚架附属结构简化为荷载处理。

计算参数：主刚架和吊车梁均采用Q345B钢，弹性模量E=206x 103 N/mm2，泊松比μ=0.3，抗拉强度f=315 N/mm2，抗剪强度fv=185 N/mm2；连接采用10.9级高强螺栓摩擦型连接。

根据GB50017并参照CECS102，验算主刚架的强度、刚度和稳定。须注意的是，与单层钢结构厂房不同，双层吊车厂房计算时，考虑上下两层吊车不同时满载，即：工况一：下层吊车取最大轮压时，上层吊车取空车最大轮压：工况二：上层吊车取最大轮压时，下层吊车不参与计算。两种工况取不利组合。

经计算，刚架的应力、变形均符合设计规范要求。吊车梁设计吊车梁均采用实腹式焊接H型钢，75 t吊车梁设置制动板。吊车梁设计要求验算强度、刚度及整体稳定，重级工作制吊车及应力变化的循环次数大于或等于5×104时，应进行疲劳计算。

4 结语

该文详细介绍了带大吨位吊车的双层钢结构厂房，在主刚架设计、柱脚设计及吊车梁设计过程中，主要使用参数、计算限值、注意事项等，并通过构造措施提高结构使用舒适度及使用安全，以便于设计人员之间的交流和提高，在保证结构使用安全的前提下，做到更加经济，更加合理。

参考文献

[1] CECS，102：2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

[2] GB50017-2003，钢结构设计规范[S].

[3] 王元清，王春光.门式刚架轻型钢结构工业厂房基础设计与研究[J].建筑结构，2000，30（4）：20-22.

[4] GB50009-2012.建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.endprint