茆 春 蕪湖鳩源建筑設(shè)計有限公司

1 前言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展，普通的輕鋼廠房小噸位吊車已經(jīng)無法滿足多種起吊高度、多種起吊重量的需求，同一跨內(nèi)重型吊車與輕型吊車同時工作已成為現(xiàn)階段業(yè)主最主要需求，雙層吊車就成為首選方案。

2 工程概況

安徽省航天機床制造股份有限公司位于馬鞍山博望區(qū)，1號廠房建成后，將成為其最主要的生產(chǎn)基地。本廠房橫向為二連跨，縱向為高低跨。A區(qū)為高跨雙層吊車廠房，工藝上要求在14.55m標(biāo)高位置（軌頂標(biāo)高）每跨設(shè)置單臺50t橋式吊車，而在8.40m標(biāo)高位置（軌頂標(biāo)高）一跨設(shè)置單臺32t橋式吊車，另外一跨設(shè)置兩臺16t電動單梁吊車；B區(qū)為低跨單層吊車廠房，一跨運行兩臺10t電動單梁吊車，另外一跨與高跨廠房的下層吊車相通，也運行兩臺16噸電動單梁吊車，本廠房考慮到低跨廠房有部分材料已具備，故在高低跨分界處采用分縫形式。建設(shè)地區(qū)的基本風(fēng)壓為0.4kN/m2，基本雪壓為0.75kN/m2，平面尺寸為（20+20）m×（45+48）m。本文重點闡述的部分是A區(qū)雙層吊車廠房部分。

圖1廠房平面布置圖

3 結(jié)構(gòu)選型

由于本廠房高度較高，起重噸位達到50t，但是跨度只有20m，業(yè)主對柱距的要求僅限于大于7.5m，結(jié)合上述情況，本工程擬采用雙肢格構(gòu)柱及實腹式鋼梁組成的鋼框架體系作為結(jié)構(gòu)方案，此方案具有屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式簡單、柱子系統(tǒng)用鋼量小以及加工方便等優(yōu)勢。針對本結(jié)構(gòu)體系考察了9m、12m不同柱距剛架的用鋼量情況：經(jīng)過初步計算，廠房的剛架用鋼量增幅較少（約15%），而吊車梁系統(tǒng)用鋼量增加約50%，吊車梁系統(tǒng)的總用鋼量已超過主剛架，起控制性作用；同時屋面檁條系統(tǒng)Z型檁條超過9m跨度已不再適用，對12m柱距改用高頻焊接H鋼后，用鋼量大幅提高。綜合比較后，最終選定9m柱距作為優(yōu)選柱距。

4 剛架計算及其特點

本結(jié)構(gòu)采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM的重鋼設(shè)計軟件STS。荷載應(yīng)按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進行取值；剛架按照GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》進行計算；梁柱計算長度的選取是本剛架重點，其中柱子平面內(nèi)計算長度取將柱頭鉸接釋放后計算出來的計算長度，主要因為柱頭與梁剛接時，STS考慮到《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》附錄E.0.6計算假定是柱頂可移動但是不能轉(zhuǎn)動，而實腹式梁的剛度難以達到對柱頂這樣的約束條件，故將柱頂鉸接，按照附錄E.0.5柱頂即可移動也可轉(zhuǎn)動，用這樣一個偏安全的處理方式給結(jié)構(gòu)留下一定的儲備，而柱平面外計算長度按照柱間支撐選?。欢旱钠矫嫱庥嬎汩L度考慮隅撐對梁平面外的彈性支撐的作用減小梁的平面外計算長度。

剛架柱邊柱下階采用焊接型槽鋼（角鋼：L160mm×100mm×12mm，鋼板：-300mm×12mm）和HN400mm×200mm組成的格構(gòu)柱，中柱下階采用2HN400×200組成的格構(gòu)柱。格構(gòu)柱柱肢直接升至50t上層吊車梁底，吊車荷載直接傳遞給鋼柱，可以大幅度減少柱子系統(tǒng)的用鋼量并提高結(jié)構(gòu)安全度；而下層吊車因噸位較小，可以采用懸挑式牛腿來承擔(dān)，牛腿同時可以充當(dāng)格構(gòu)柱橫隔，減少了構(gòu)造需求；鋼柱柱腳采用插入式柱腳，比靴梁構(gòu)造簡單且節(jié)約了鋼材。

5 支撐系統(tǒng)

本工程A區(qū)和B區(qū)屋面水平支撐布置均布置在端頭處，同時柱間支撐也布置在端頭位置。因為結(jié)構(gòu)設(shè)縫，且單體長度小于50m，所以可以在端頭設(shè)置柱間支撐，同時高低跨位置，高跨山墻的抗風(fēng)柱采用上端鉸接懸掛的方式，其下端水平支撐點正好位于低跨屋面縱向系桿的位置，系桿通過水平支撐將高低跨山墻風(fēng)荷載傳遞給低跨高低屋面交界處的柱間支撐，在通過柱間支撐傳遞給基礎(chǔ)，完成一次高低跨山墻風(fēng)荷載力的傳遞，此抗風(fēng)柱下端螺栓孔采用豎向長圓孔的形式釋放掉豎向約束，保證與計算模型相一致。在屋面邊跨位置增加了屋面縱向支撐，加強結(jié)構(gòu)屋面整體剛度，減小吊車運行時廠房的震動。

6 維護結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程雪荷載頗大，C型檁條很難滿足9m的跨度的荷載，若減小檁距經(jīng)濟型較差。本工程采用Z型連續(xù)檁條，邊跨采用Z280mm×80mm×25mm×3.0mm，其余跨采用Z280mm×80mm×20mm×2.5mm，這樣經(jīng)濟性能較好，體型系數(shù)較大的邊跨稍微增加一些壁厚即可滿足承載力及正常使用要求。墻梁仍然采用C型檁條，主要是考慮到窗戶的形式較多，墻梁打斷的位置較多，難以形成連續(xù)墻梁，此時因為跨度較小，冷彎薄壁型鋼仍然可以滿足，經(jīng)濟性能較好。

圖2廠房典型剛架圖

圖3柱間支撐布置圖

由此得到一個結(jié)論：一般情況下，9m是冷彎薄壁型鋼維護構(gòu)件的極限跨度，超過9m用鋼量會大幅度提升，此時墻梁應(yīng)考慮增加墻柱減小計算跨度，而檁條則改用高頻焊接H型鋼滿級使用要求。

7 基礎(chǔ)設(shè)計

本工程采用獨立基礎(chǔ)，根據(jù)建筑地基基黏土，承載力特征值fak=230kPa。考慮到基礎(chǔ)埋深較深，故采用高杯口基礎(chǔ)，插入式基礎(chǔ)節(jié)約了上部結(jié)構(gòu)的用鋼量，同時在一定程度上節(jié)約了基礎(chǔ)造價。

8 結(jié)束語

本文介紹了馬鞍山航天機床廠1號廠房的設(shè)計，重點分析了結(jié)構(gòu)體系，支撐系統(tǒng)以及維護結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)設(shè)計中的關(guān)鍵問題。總用鋼量在100kg/m2，滿足了經(jīng)濟適用安全可靠的要求。本項目為類似鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了較好的參考實例。