【摘要】本文選取了某鋼結構廠房的工程實例，重點對吊車梁和排架柱設計進行了分析對比，提出了設計重型鋼結構廠房的注意事項。

【關鍵詞】重型鋼結構廠房；吊車梁；排架柱

1.工程概況

該廠房為單層、兩跨鋼結構廠房，長489 m，寬42 m，建筑面積20538 m2，跨度為2mx21m，柱距有21，24，27m等多種，檐口標高28. 1 m，軌道頂標高18.000m，每跨內設兩臺起重量均為350t的A7級1：作制吊車。

2.結構設計

本工程建筑結構安全等級為二級，結構構件設計使用年限50年，建筑類別為丙類，抗震設防類別為6度，設計基本地震加速度值為0. 05g，設計地震分組為第一組。計算軟件采用中國建筑科學研究院的鋼結構CAD軟件STS中的框排架模塊，柱頂端節(jié)點與梁剛接。本工程按《鋼結構設計規(guī)范》、《建筑抗震設計規(guī)范》和《建筑結構荷載規(guī)范》等相關規(guī)范設計。

2.1主要荷載

該廠房結構所受到的荷載主要有豎向荷載包括結構自重、吊車豎向荷載、屋面活荷載及走道板活荷載；水平荷載包括風荷載、灰荷載，吊車水平荷載等。上述荷載中除屋面自重按0. 55 kN/耐輸人外，其它結構自重由程序自動計算。風荷載按《建筑結構荷載規(guī)范》選用風荷載體形系數(shù)后，由程序自動布置。屋面活荷載0. SkN/澎，灰荷載在水平投影面，距高爐中心SOm內取1. 0 kN/m2，距高爐中心50一100 m時取0. 5kN/耐，走道板活荷載取2. OkN/耐。基本風壓0. 4kN/耐，吊車荷載直接輸人吊車樣本，由程序導人。

2.2主要材料

由于Q345鋼市場價格與Q235鋼相差不大，Q345鋼不僅強度高，同時又具有良好的可焊性及可加工性等工藝性能，所以本工程排架及吊車梁均采用Q345 B鋼材。

2.3主要結構布置

本工程排架柱為單階柱，上階柱采用工字型實腹焊接截面柱。下階柱除承受上柱荷載外，還需承受噸位較大的吊車荷載，如果采用實腹一「字型截面柱，則柱截面會很大，不經濟，該工程中下柱采用格構式鋼管混凝土柱設計方案。充分利用了鋼管和混凝土兩種材料的力學性能，減少了柱子截面尺寸，且外形美觀。肩梁采用單腹壁肩梁。

2.4吊車梁和吊車制動系統(tǒng)

該廠房共兩跨，每跨內均有兩臺350t的重級工作制（A7）軟鉤吊車，吊車跨度為18m，吊車梁跨度有21， 24，27m等多種，由于吊車梁承受荷載很重，吊車梁截面較大，有兩種方案可供選擇：第一種是采用傳統(tǒng)的工字形鋼吊車梁；第二種方案是采用箱形截面梁。采用箱形截面梁，可以降低梁的高度，但是耗鋼量大，焊接困難，施工麻煩，因此選用了第一種方案，即采用焊接工字形鋼吊車梁，跨度大的吊車梁端頭采用直角突變式變截面梁。

由于吊車噸位較大，吊車梁的翼緣板厚度較厚。對于厚板，不僅要求沿寬度和長度方向有一定的力學性能，而且要求厚度方向具有良好的抗層撕裂性能。因此設計時規(guī)定，對于厚度）40 mm的鋼板，厚度方向抗層狀撕裂性能應符合《厚度方向性能鋼板》（ GB5313-85）中Z15向性能級別要求、鋼板正火供貨和碳含量的要求。并要求鋼板逐張超聲波檢查，檢驗方法按《厚鋼板超聲波檢驗方法》（ GB/T2970-2004 ） ，其檢驗等級為2級。制動板采用t=6mm的花紋鋼板，吊車為重級工作制或起重量Q > 200t的中級工作制時，焊接吊車梁上翼緣與制動板的連接通常采用高強螺栓。這種做法施工難度大，而且造價較高。本設計采用永久螺栓加焊接的連接方式，這種連接方式經試驗驗證，受力性能良好，并通過多項工程實踐檢驗表明能夠滿足設計要求。制動板與輔助析架上弦的連接，采用焊縫連接。

2.5柱子系統(tǒng)設計

排架柱以邊柱為例，如圖1所示。

鋼柱為單階柱。上柱采用實腹式柱，下柱采用格構式鋼管混凝土柱。鋼管材料選用Q345 B鋼，管內用C45混凝土填充，綴條采用空心鋼管。澆灌混凝土的孔開在肩梁以下，孔徑約200mm，可在工廠開孔，但不宜將孔板割掉，以免雜物掉進管內.待管內混凝土被振搗密實并達設計強度的50%以后，方可焊接孔板。鋼管中混凝土應采用壓力灌漿法澆筑，為使管內混凝土密實，在肩梁上翼緣板各開有直徑為30mm的泄氣孔，灌漿時應振搗密實，直到泄氣孔冒漿為止。

2.6柱間支撐設計

為保證廠房的縱向剛度和空間剛度，承受山墻風力、吊車縱向剎車荷載、溫度應力和地震作用，沿廠房縱向設置上、下柱間支撐。下柱柱間支撐設兩道，原則上應該布置在溫度區(qū)段中間三分之一處，但是工藝要求，有些位置不能布置柱間支撐，將其位置做適當?shù)恼{整以滿足工藝要求。上柱支撐設四道，上柱支撐除在設有下柱支撐的柱間布置外，在溫度區(qū)段的兩端另設兩道本工程的上、下段柱間支撐均設置為雙片支撐。

2.7廠房的縱向剛度計算

重級工作制廠房的縱向剛度需經計算確定，即由一臺起重量最大的吊車產生的縱向水平荷載標準值（不考慮動力系數(shù)）引起柱在吊車梁上翼緣頂面標高處的縱向位移值，不得超過H/4000 （ H為柱腳底面到吊車梁上翼緣頂面的距離）。計算柱縱向位移時，通常采用以下假定：1）僅考慮柱間支撐或其它縱向框架的剛度，而忽略柱剛度的影響，同時假定支撐與柱的連接節(jié)點為鉸接。2）計算十字交叉支撐時，一般僅考慮拉桿工作。 3）當縱向水平構件如吊車梁、輔助析架等截面較大時，可忽略其軸向變形影響。 4）吊車縱向水平力T。由溫度區(qū)段內所有柱間支撐共同承擔。

2.8廠房的溫度應力計算

該廠房的縱向總長度為489 m，分為長度為258和228m的兩個溫度區(qū)段。中間設置溫度縫，溫度縫采用雙柱處理方案，雙柱間距為3m。兩個溫度區(qū)段的長度均超過規(guī)范規(guī)定的長度，而且下柱設置了兩道支撐，因此需進行溫度應力計算。

2.9基礎設計

該工程所在場地基本上為淺埋中風化巖層，局部有新近填土，但深度不超過13m。泥巖的變形模量為1286.8 MPa，承載力特征值為1890kPa。砂巖的變形模量為3352. 9MPa，承載力特征值為6825 kPa?；A采用樁基礎和獨立基礎兩種方式，有回填土部分基礎采用樁基礎，其他部分采用柱下獨立基礎。由于該項目所在位置工程地質條件良好，兩種基礎雖然形式不同，但是采用相同的持力層，均為質地堅硬的巖石，壓縮變形量很小，因此不會產生不均勻沉降，能夠滿足設計要求。柱腳為插人式柱腳，構造簡單、節(jié)約鋼材、安全可靠。

3.結語

該工程設計主要有以下幾個特點：1）采用傳統(tǒng)的實腹式吊車梁，避免了箱形梁施工工藝的麻煩；2）排架柱下柱采用鋼管混凝土，充分利用鋼材和混凝土的材料性能，有效的減少了鋼材用量；3）溫度區(qū)段的長度超過規(guī)范要求，需經過計算驗證其變形量和溫度應力的大小。該廠房由于其吊車噸位大，用鋼量較大，因此結構的布置和選型的合理與否直接影響到造價的高低，同時還要兼顧生產工藝的布置和實際施工的方便性等綜合考慮。本文通過對該設計的介紹，為以后類似工程的設計提供了一定的參考。