多跨重型钢结构厂房的结构设计研究

蒋建克 刘洋

浙江省建工集团有限责任公司钢结构公司 浙江 杭州 310000

由于重型工业厂房中的吊车梁运行时间过长所造成的损坏，会妨碍到整个厂房功能的正常发挥，而屋架节点与杆件中出现问题会使得整个厂房结构倒塌。任何一种重型钢结构厂房都存在一定的特性，所以，在对其做出恰当的设计研究是如今国内外大多数结构工程设计人员的重点探索方向。因此，只有详细的结合具体工程的实施情况，并且进一步对重型钢结构工业厂房结构做出深入的研究分析，找到其可靠性、持久性和高效性的最优的交叉点，才能给工程设计提出良好的参考依据，突显优秀的理论意义与功能价值。

1 重型工业厂房特点

（1）厂房结构中的吊车设备跨度大、柱子高、起重量也大。要想承受较大吨位的荷载，展现较强的结构刚度，其中的关键承重构件的截面较宽，使用的钢板也相对较厚。通常运用的是格构式构件与桁架，从而降低材料用量。

（2）生产期间的磨损与消耗通其余钢结构建筑比较，很大概率对结构规格发挥着较大作用。

（3）在规划重级工作制吊车的厂房当中，疲劳损伤与其有关的设计成为了关键部分[1]。

2 多跨重型钢结构厂房的组成

（1）横向框架。这个环节通常是由柱和横梁相接组成的，也是厂房中最关键的承重部分，能够对厂房所有的竖向和横向水平的荷载量进行较好的承重。要想达到强化其中的坚硬刚度并实现节约钢材的目的，就可以在横梁或屋架与柱之间展开刚性相接，而在柱和基础结构之间一般也是采用的刚性连接方式。

（2）纵向框架。在这个环节的组成部分分别有柱、托架、吊车梁结构和柱间支撑等等，关键作用就是在肩负着竖向水平荷载的重量，其中涵盖了竖向水平风荷载、温度作用、吊车竖向制动力、竖向地震作用等等。

（3）吊车梁结构。此结构的主要的组成部分为吊车梁与制动梁两种，并且在重型厂房当中还安排了桥式的结构吊车。吊车梁结构主要是负责承担它的竖向和水平的荷载，并用柱的肩梁或牛腿来对吊车梁的两边提供支撑，在吊车梁的上翼缘平面当中，一般顺着水平方向安装了制动梁、制动板或制动桁架，能够成功地把吊车的横向水平制动力传送到横向框架上。

（4）支撑结构。支撑结构发挥着非常关键的作用，它涵盖了罩盖支撑、柱间支撑和附加支撑，其功能是把平面框架连接到不变的几何空间系统中，以确保工厂具有足够的刚性与稳定程度。并且，它支撑并传递各种水平荷载。墙支撑结构由支撑和传递墙重量和风荷载的柱和梁组成。在纵向侧壁中，如果柱距离较小，通常仅定义墙架梁。对于垂直柱距离更远的山墙和侧壁，结构柱必须用作墙梁的支撑。结构柱的顶部端点连接到梁或屋顶构件的水平支撑节点，底部端点连接到基础刚性连接[2]。

3 结构设计

（1）房屋盖梁设计。单层多跨重型工业厂房楼层高、跨度大，当使用轻型保护层结构（例如桁架、桁架等）时，保护层梁通常采用焊接钢梁。当房屋表面的水平荷载较低时，为了节省钢材，零部件通常设计为类似于弯矩包络形状。一种方法是将加腋到梁和柱的连接处。另一种方法是将梁修改为变截面斜接，即沿构件段线性修改截面高度，以便构件的每个截面都同时到达或接近其承载边界。如果重型工业建筑是彩色加压钢板，体积小，没有单层覆盖，就算使用网架结构可以节省钢在主要框架中使用的钢量，但制造和实施过程烦琐，劳动成本和其他额外成本较高，总体效率低于使用网架结构。因此，建议将梁结构用于后工程房屋的屋盖层梁式结构，即在屋盖层梁上安装直接铺装层。屋盖梁可以选择焊接H型钢或轧制H型钢，其中轧制H型钢在工厂轧制时的生产成本低，但是由于规格的原因，钢材用量往往更大，以至于建筑成本相对较高。所以，钢铁厂房屋的覆盖梁主要选择焊接H型钢，不仅价格便宜，而且容易制造和加工。

（2）多跨重型厉性脚设计。连接到基础的柱底部称为柱脚，其功能是将柱主体的力传递和分配给基础部分，并将柱附着到基础上。基础通常是由混凝土或者钢筋混凝土筑成，其强度远远低于钢强度，柱体底部必须放大，以增加与基础接触的面积，从而使接触表面上的应力小于或等于基础的抗压强度设计值。为此，柱脚底板必须具有一定的长度和宽度，满足刚性和强度标准，柱脚结构复杂，钢量大，制造成本较高。柱脚可以分为内嵌柱脚、独立柱脚和整体内嵌柱脚。实腹式柱通常采用整体式柱脚，格构式柱当分肢间距稍大时，采用独立柱脚，并且柱肢埋入基础杯口的埋入式柱脚可以在安装有保障时使用。大部分大重型工业建筑是运用的靴梁带隔板的独立式杜脚，中间立柱的内力通过与靴梁连接的垂直焊缝传递给靴梁，而从靴梁通过底板连接的水平焊缝肩梁采用单壁式肩梁，腹板高度为1800mm，该施工工艺可有效地将吊车梁传递的竖向荷载传递给下部钢柱混凝土柱，从而提高节点的整体受力性能。

（3）柱间支撑设计。要想确保厂房的纵向和空间刚性，经受齿轮、起重机的纵向制动载荷、温度应力和地震作用，沿厂房竖向在上下立柱之间建立支撑。下部立柱之间的两个支座通常应放置在温度段中间的三分之一处，但根据技术要求，立柱之间的支座无法放置在特定位置，因此必须调整位置以满足技术要求。上部柱支座有四个通道，上部柱支座在温度段的两端还有两个通道，并且位于下部柱支座的柱之间。

4 结束语

研究表明，建筑类型对工程经济有重大影响，宜采用刚与几座重型钢结构连接的框架支撑体系。多跨重型工业建筑中使用的钢材量随柱距、跨度的增大呈现先减小后增大的趋势。总体而言，在多跨重型厂房悬架起重机钢结构设计中，需要进行前期规划和理论设计，在设计过程中合理结构选型是关键，应尽量减少干扰，保持平面外的稳定性，同时选择刚性较高的结构形式，以使整个钢结构达到最佳运行状态，还应考虑到生产工艺布置和施工方便性等综合因素。