黑龍江省建筑設(shè)計(jì)研究院

摘要：本文就主要通過(guò)工程實(shí)例來(lái)進(jìn)行探究，分析實(shí)例工程的荷載取值、結(jié)構(gòu)布置以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，對(duì)比分析兩個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的不同，得出更加實(shí)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，以更好的對(duì)單層鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。希望通過(guò)本文的探究，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的人員提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：重載吊車(chē)；單層鋼結(jié)構(gòu)；廠房；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我國(guó)土木工程要想得到更好的發(fā)展，就需要廣泛的應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)。而在鋼結(jié)構(gòu)中，單層鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。這一結(jié)構(gòu)基本上是由吊車(chē)梁以及各種支撐構(gòu)件等構(gòu)成的一種空間體系，其作為一種承重結(jié)構(gòu)而存在，其能夠承受廠房結(jié)構(gòu)的橫向和豎向荷載。而在生產(chǎn)要求進(jìn)一步提升的基礎(chǔ)上，廠房中的吊車(chē)載重性能也需要有所提升，下面本文就主要針對(duì)工程實(shí)例來(lái)對(duì)設(shè)置重載吊車(chē)的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的分析。

1、工程概況

某工程為制造車(chē)間鋼結(jié)構(gòu)廠房，該廠房主要是用來(lái)進(jìn)行核電模塊生產(chǎn)的基地，該廠房的占地面積就達(dá)到了8895㎡，而其高度則為26.8m，該廠房的樓層數(shù)總共為一層，屬于平房。該廠房采用的結(jié)構(gòu)形式主要為雙跨高單層剛架結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用的高單層剛架每一個(gè)跨度均達(dá)到了23.5m，而且每一個(gè)高單層剛架上均設(shè)置了一個(gè)垮臺(tái)，該垮臺(tái)可承受重量為500/160KN的吊車(chē)，在吊車(chē)的軌道頂部，標(biāo)準(zhǔn)高度設(shè)置為19.5m，而每一根柱之間的距離均為8.5m，柱的總長(zhǎng)度達(dá)到了179.5m。同時(shí)，該廠房的檐口高度設(shè)定為26.1m，廠房在建設(shè)的時(shí)候，有一定的傾斜坡度。該廠房采用的是7級(jí)抗震級(jí)別進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，使得地震的加速度值設(shè)定為0.10g。

2、荷載取值

該廠房所承受的荷載主要來(lái)自于豎向荷載和橫向荷載。這兩種荷載中，豎向荷載除了包含自身的重量之外，還包含了吊車(chē)所呈現(xiàn)的豎向荷載，另外還有屋面所具有的荷載。而水平荷載，則主要承擔(dān)的是調(diào)車(chē)的水平荷載以及地震作用等。

嚴(yán)格的依照當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓進(jìn)行選值，可以將基本風(fēng)壓值設(shè)定為0.45KN/㎡，而通過(guò)對(duì)廠房建設(shè)地的地面粗糙度進(jìn)行分析，可以將該區(qū)域的地面粗糙等級(jí)劃分為B級(jí)。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，該廠房屋面的恒荷載值為0.40KN/㎡，活荷載值則為0.60KN/㎡，而雪荷載值則可以取0.60KN/㎡，相較于恒荷載值來(lái)說(shuō)，活荷載值以及雪荷載值均較高。而吊車(chē)選擇的時(shí)候，要選擇荷載為550KN重量的吊車(chē)。

3、結(jié)構(gòu)布置

3.1剛架主體部分布置。在對(duì)剛架的主體部分進(jìn)行布置的過(guò)程中，需要選用的鋼型號(hào)為Q345B鋼，而在主剛架中，則需要應(yīng)用到的柱類型為階形柱。一般來(lái)說(shuō)，在中柱的下半段位置處，其受到壓力相對(duì)較大，同時(shí)平面上計(jì)算長(zhǎng)度也相對(duì)較長(zhǎng)，如果采用工字形的截面進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，那么將無(wú)法高效的滿足剛架主體結(jié)構(gòu)布置的實(shí)際需求。因此，需要合理的應(yīng)用實(shí)腹形式的箱型柱焊接截面，除了中柱的下半段柱采用這種截面形式之外，其他的柱段均可以采用工字形實(shí)腹形式截面。一般來(lái)說(shuō)，這種工字形的截面最適合應(yīng)用在剛架梁中。依據(jù)截面與梁柱進(jìn)行連接，嚴(yán)格的依據(jù)彎矩的變化情況來(lái)進(jìn)行彎矩具體數(shù)值的確定，將彎矩變化的分界點(diǎn)當(dāng)做分段點(diǎn)，將分段的比值確定為1：2：1，這樣可以使得鋼材得到更為充分的應(yīng)用，以減少浪費(fèi)。

3.2由于吊車(chē)噸位較大，吊車(chē)梁采用焊接實(shí)腹式工字形等截面梁，設(shè)置水平制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)梁外側(cè)翼緣選用槽鋼。

3.3屋面支撐采用柔性拉桿加剛性系桿。階形柱的下段柱受大噸位吊車(chē)縱向剎車(chē)力作用較大，且截面較高，柱間支撐宜在兩個(gè)柱肢內(nèi)成對(duì)設(shè)置，即為雙片支撐。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

采用PKPM系列軟件STS鋼結(jié)構(gòu)版塊中的框架設(shè)計(jì)軟件，建立廠房框架三維模型，除梁、柱構(gòu)件外，支撐構(gòu)件（柱間支撐、屋面支撐）也需要準(zhǔn)確輸入。由于吊車(chē)荷載作用在牛腿處的吊車(chē)梁上，所以在牛腿處應(yīng)設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樓層，并且在沿吊車(chē)運(yùn)行軌跡方向上應(yīng)定義框架梁，或者將吊車(chē)梁按兩端鉸接梁定義、輸入，這是因?yàn)榈踯?chē)荷載的移動(dòng)順序是通過(guò)運(yùn)行軌跡上的梁來(lái)確定的。

4.1方案一

①主剛架梁的豎向撓度限值取其跨度的1/400，水平撓度限值取其跨度的1/500；對(duì)于吊車(chē)梁，豎向撓度限值取其跨度的1/1000。

②柱、吊車(chē)梁和吊車(chē)梁以下作為受壓桿的柱問(wèn)支撐構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比幾鎮(zhèn)150，吊車(chē)梁以下作為受拉構(gòu)件的柱問(wèn)支撐長(zhǎng)細(xì)比γ300，其他受拉桿長(zhǎng)細(xì)比γ400。

③為加強(qiáng)廠房整體剛度，對(duì)于有大噸位吊車(chē)的廠房應(yīng)采用剛接柱腳。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，構(gòu)造上應(yīng)保證柱腳底部能承受較大的彎矩和水平剪力，并應(yīng)保證地基土不出現(xiàn)拉應(yīng)力。

經(jīng)計(jì)算，剛架的應(yīng)力、剎梁撓度及柱側(cè)移均不超過(guò)鋼規(guī)規(guī)定的限值。風(fēng)荷載作用下柱頂最大水平位移：

d=Hc/781=32.868mm

4.2方案二

方案二在方法一的基礎(chǔ)上將結(jié)構(gòu)中各受力構(gòu)件進(jìn)行分類，主剛架梁按《門(mén)規(guī)》進(jìn)行驗(yàn)算：

①主剛架柱、吊車(chē)梁及制動(dòng)系統(tǒng)的限值依據(jù)同方案。

②主剛架梁設(shè)計(jì)依據(jù)《門(mén)規(guī)》，豎向撓度限值取其跨度的1/180。經(jīng)計(jì)算，剛架的應(yīng)力、剎梁撓度及柱側(cè)移均不超過(guò)《鋼規(guī)》規(guī)定的限值。風(fēng)荷載作用下柱頂最大水平位移：

d=Hc/781=33.665mm

5、結(jié)果分析

對(duì)比分析以上兩種設(shè)計(jì)方案中剛架梁的計(jì)算結(jié)果，第二種方案比第一種的用鋼量少3.62%。將第一種設(shè)計(jì)方案用PKPM系列軟件STS鋼結(jié)構(gòu)版塊中的門(mén)式剛架二維設(shè)計(jì)進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)鋼梁的受力狀態(tài)與門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)相同，下部吊車(chē)荷載對(duì)屋面影響不大。鋼梁的撓度最大為L(zhǎng)/352，大于《鋼規(guī)》要求、小于《門(mén)規(guī)》要求，這比完全按照《鋼規(guī)》要求控制的經(jīng)濟(jì)效果要好，且施工過(guò)程中梁起拱后可達(dá)到或接近《鋼規(guī)》要求。

這是因?yàn)殚T(mén)式剛架的梁柱是作為一個(gè)整體承受各種荷載的。對(duì)于豎向荷載來(lái)說(shuō)，在吊車(chē)梁以下部分，門(mén)式剛架與框架的受力情況基本相同，因此門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)是可以承受大噸位吊車(chē)荷載的；吊車(chē)梁以上的受力，含大噸位吊車(chē)的廠房與一般輕型廠房沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。對(duì)于橫向水平荷載，關(guān)鍵在于控制剛架的側(cè)移。因此，將框架結(jié)構(gòu)與門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)相結(jié)合，依據(jù)《鋼規(guī)》控制剛架柱側(cè)移和吊車(chē)梁變形、《門(mén)規(guī)》控制剛架梁的變形，這一思路是完全可行的，只是應(yīng)當(dāng)充分考慮柱變形對(duì)屋面梁的影響。

另外，柱構(gòu)件應(yīng)采用剛接柱腳，構(gòu)件的驗(yàn)算規(guī)范指定為《鋼規(guī)》?？紤]到梁構(gòu)件一般采用坡面梁，會(huì)存在一定的軸力影響，尤其是采用變截面梁的情況下。

基于以上兩個(gè)原因，本文認(rèn)為方案二的設(shè)計(jì)方法可以適用于此類結(jié)構(gòu)。

6、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的分析可以充分的了解到，如果吊車(chē)的重量超過(guò)了200KN，而采用的單層剛結(jié)構(gòu)廠房又不具備特殊性，那么就需要合理的應(yīng)用類似于剛架形式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置，有效的將下半部分的框架與上半部分的剛架結(jié)合在一起，從而構(gòu)成輕型的屋面結(jié)構(gòu)體系。然而，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也需要嚴(yán)格的注重各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)范，依據(jù)規(guī)范展開(kāi)設(shè)計(jì)，同時(shí)要合理的對(duì)結(jié)構(gòu)承重力進(jìn)行計(jì)算，在地震高發(fā)區(qū)，要對(duì)地震作用進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)置重載吊車(chē)的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。

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