某大型钢结构厂房设计与思考

■冯常义 ■中冶东方工程技术有限公司，内蒙古 包头 014010

钢结构厂房设计特点:设计先进，采用最先进的设计方法，充分发挥钢材力学特性和钢构架的总潜力，从而节约大量钢材。结构新颖、简洁、轻巧，扩大了建筑物的内部空间，双层保温彩色压型钢板等新型墙体屋面材料围护，更显示建筑的时代感。而且钢结构构件标准，制作精良，施工安装简便、快捷、安全。

1 工程概况

某公司无缝钢管工程为配合公司产品进一步系列化、多样化，更大更多地满足市场需求，提高企业在市场中的综合竞争能力和企业的生产效益、社会效益。公司决定新建一套Ф340PQF连轧管车间工程。该厂房采用全钢结构，建筑面积为129598m2。厂房纵向全长为486m，横向宽度为252m，连续七跨组成。基本柱距为18m，横向分为42m，39m，39，36，36，33，27七跨。七跨内均设桥式起重机，吊车工作制为 A6～A8级，吊车轨面标高分别为10m，14m，18m三种。厂房檐口高度依次为 A 列26．4m、B 列 29．2m、C 列 26．6m、D 列 19．5m、E 列 21．9m、F 列24．3m、G列21．7m、H列20．0m。厂房每跨内均设有吊车检修电葫芦，起重量为Gn=5t。

2 结构分析

该工程基本柱距定为18m，同时为了满足了工艺和设备的布置要求又分别采用了12m，24m，27m，和45m多种柱距;鉴于当地地质条件特殊，采用18m柱距，大大减少了柱基础的数量和基础工程的混凝土量，缩短了建设工期。由于吊车吨位重、厂房跨度大，故承重结构采用阶型格构柱，下柱为组合式H型钢双肢柱，上柱为H型实腹柱，充分利用了钢柱承载力大、制造简便、施工周期短的优点。吊车梁系统为由钢板焊接而成的组合工字型截面。屋面系统由托架和梯形屋架组成。厂房纵向全长为486m，已超过规范允许的温度区段长度，故结合工艺布置需要，在厂房纵向设两条温度缝;横向宽度为252m，在厂房横向设一条温度缝，此温度缝兼有抗震缝的作用。在每一温度区段内均设有完整的柱间支撑和屋面支撑系统，以形成稳定的结构体系。工程设计中，由于受工艺设备的特殊要求，抽掉了几根柱子，在抽柱处设置了45m跨钢托架来支撑屋面，同时在该处需设置45m钢吊车梁，来满足工艺的使用要求。

3 工程采取的技术措施

3．1 分离式墙皮的应用

分离式墙皮是在厂房外侧另设墙皮柱与中间墙架柱及横梁等，共同组成独立的墙架结构体系。分离式比整体式虽然要多消耗一些钢材，但构造简单，可避免与吊车梁辅助桁架、柱间支撑及水落管等构件相碰。纵墙墙皮柱采用由柱脚直至屋架檐口的整根柱，柱上端以屋架纵向水平支撑作为水平支撑点，其竖向荷载全部由辅助桁架承担，其下端柱脚水平支撑于基墩上，因仅承受很小的水平荷载，基墩构造也比一般情况下的基础简化。由于当地地基土层承载力较低，且厚度较大，难以满足拟建建筑物上部荷载的要求，因此地基处理工程量大、费用高。采用墙皮柱直接支撑于辅助桁架上不仅节约了基础，而且使厂房的整体性好，同时也避免了大量的地基处理时间，缩短了施工周期。

3．2 蜂窝梁檩条的应用

在本工程中我们采用18m为基本柱距，屋架间距为18m，屋面梁檩条跨度也为18m。由于屋面梁檩条跨度大，所承担的荷载小，因此起控制作用的不是檩条的强度而是檩条的刚度。因此我们采用重量较轻的蜂窝梁檩条来做屋面檩条，用H型钢切割、分割、再焊接而成。蜂窝梁檩条比切割前的H型钢截面高度加高，从而提高了截面抵抗矩和抗弯刚度，改善了型钢梁的受弯性能，这样可节约钢材并降低造价。它比实腹梁檩条可节约钢材15%，比组合桁架梁制作简易，防腐性能好，而且可充分利用建筑空间，穿设各种管道、电线，是很有发展前途的一种新型构件。

3．3 隅撑的应用

根据屋面传统做法，屋盖支撑系统包括横向支撑、纵向支撑、竖向支撑和系杆(刚性系杆和柔性系杆)。对于柱距大，吊车工作量繁重，屋面设有检修电动葫芦的厂房，要求屋面支撑刚度更大，传统做法采用上下弦杆均设置支撑系统，但这样会导致屋面系统结构复杂，用钢量增大。如能在确保屋面系统安全稳定的前提下优化支撑系统，本工程中采用在屋架下弦设置隅撑的方法解决了该问题。具体做法是:将屋盖纵向和横向水平支撑均布置在屋架的上弦杆，并用檩条兼做压杆，屋架下弦杆的稳定通过隅撑将下弦节点与屋面檩条相连接来实现，从而保证了下弦的稳定，又避免了再设一套下弦支撑体系。其基本思路就是将下弦杆有可能产生的受压失稳通过隅撑拉压杆系最终传导至刚度很大的上弦屋面支撑体系，传力途径简捷明确，受力合理。通过设隅撑的方式，可以避免在下弦设置横向和纵向支撑，使整个屋面系统简洁美观，节省了用钢量。

3．4 非保温自然通风口式天窗应用

采用非保温自然通风口式天窗，它是一种新型节能天窗。为了更大程度的满足采光要求，屋面上部彩板均改为采光带。其工作原理是利用室内外温差所构成的热压及风压作用所形成的压力差来实现换气的一种工作方式。它具有结构重量轻、外形美观、通风力强的特点，而且安装使用方便。与传统的天窗相比，排风效率提高30%，自重减轻60%。这样不仅大大降低了厂房的工程造价，而且还减少了后期的维护费用。

4 总结

通过该厂房的设计，不仅对钢结构厂房设计经验、理念进行了检验，而且对设计工作有了更深的体会与认识:(1)在思想上要提高认识，设计是一项技术含量相当高的工作，任何一个细节如果考虑不到都有可能造成几万甚至几十万元的损失;(2)要掌握好设计所需的详细资料，包括地质情况、气候条件、设计用途、人文环境等情况;(3)设计要适应市场需求，在国家规范允许的前提下，最大限度地满足业主需求，要将设计产品当作一件商品放到市场中去，体现出它的使用价值和价值。(4)要优化设计方案，进行多方案比选，从中选出最佳方案，以满足选用、安全、经济、美观等一系列要求。(5)设计也是一项颇具开拓性的工作，要有创新、不拘泥于旧有的设计理念，要紧跟时代步伐，大胆地利用一些新技术、新工艺、新产品。

［1］钢结构设计规范GB 50017-2003．

［2］赵熙元等．《建筑钢结构设计手册》．北京:冶金工业出版社，1995．

［3］汪一骏等．《钢结构设计手册》(第三版)．中国建筑工业出版社，2004．