摘要：鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式能充分利用鋼材強(qiáng)度高、延展性好的優(yōu)點，由專業(yè)廠家加工制作，施工吊裝安裝快捷，施工現(xiàn)場整潔干凈，施工周期短，于是在各行各業(yè)涌現(xiàn)出了一批批鋼結(jié)構(gòu)廠房。本文根據(jù)已完成的不同類型重型鋼結(jié)構(gòu)廠房，就大中型普鋼廠房進(jìn)行了結(jié)構(gòu)選型的綜合分析，總結(jié)了重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本要則。
關(guān)鍵詞：重型鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)選型
中圖分類號：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
前言
常見的重型工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的, 任何形式的廠房鋼結(jié)構(gòu)只有按照正確的施工方法進(jìn)行施工, 才能保證鋼結(jié)構(gòu)廠房安裝精度。由于鋼結(jié)構(gòu)能更好地實現(xiàn)大跨度、大柱距、大吊車的結(jié)構(gòu)布局，所以能滿足多樣化的工藝平面布局要求，加上鋼結(jié)構(gòu)廠房可采用輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，故而此類結(jié)構(gòu)受到了更多用戶的青睞，被更廣泛地推廣到各行各業(yè)。
本文主要就典型重型廠房進(jìn)行設(shè)計的例證，總結(jié)此類項目的基本設(shè)計要則，以更好地縮短設(shè)計周期，降低設(shè)計人為成本，在結(jié)構(gòu)方案上合理化控制工程造價，實現(xiàn)工業(yè)項目的人性化設(shè)計。設(shè)計時應(yīng)以滿足平面工藝布局、建筑物使用功能、室內(nèi)外綜合公用管道空間布設(shè)為前提，根據(jù)各地不同的自然條件，如風(fēng)雪荷載、抗震設(shè)防等進(jìn)行方案對比分析。
1、結(jié)構(gòu)平面布局選型方面：
經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)布局往往以合理的結(jié)構(gòu)單元劃分為前提。結(jié)構(gòu)單元的劃分基本考慮因素有如下幾項：工藝布局、吊車設(shè)置、建筑物平面投影尺寸等。
�。�1）結(jié)構(gòu)單元平面尺寸基本要求：在滿足生產(chǎn)工藝布局、人流入口、貨流入口、參觀通道等要求前提下，重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)單元經(jīng)濟(jì)控制尺寸基本為長度方向總尺寸不超過220 米，跨度方向不超過150m。
�。�2）能歸并為一個結(jié)構(gòu)單元的吊車使用要求：盡量使軌高差異不大，檐口高度或剛架端部下沿高度在12m 以上的合并為一個單元進(jìn)行計算。因為， 鑒于輕鋼規(guī)程（CECS 102:2002） 的使用范圍，沒有必要將輕重吊車合并為一個單元進(jìn)行計算。如果主跨為大噸位吊車，附跨為輕型吊車，設(shè)計時應(yīng)盡量合理分配結(jié)構(gòu)單元。在保證主跨橫向剛度足夠抵抗側(cè)向風(fēng)荷載、地震力的前提下，公共軸處建議設(shè)雙柱，總結(jié)原因主要有兩個：（1）設(shè)雙柱能合理利用輕鋼規(guī)程與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的相關(guān)控制指標(biāo)，根據(jù)地震力是否是控制指標(biāo)，合理選擇鋼柱鋼梁的腹板及翼緣的寬厚比及高厚比限值，不再是附跨技術(shù)指標(biāo)從屬主跨，將各項設(shè)計指標(biāo)均從嚴(yán)控制，會造成不必要的浪費(fèi)。（2）主附跨公共軸處一般均為高大型防火隔墻，此類墻體貼砌在主跨鋼柱外側(cè)，若不脫縫，則雙柱合一，這樣為保證公共柱兩側(cè)的吊車安全運(yùn)行距離，則必然會增大廠房橫向尺寸，公共柱往往成為三階柱，柱截面三段變化，柱截面加工焊接量較大。另外，此處公共隔墻也會出現(xiàn)三段式設(shè)計，其豎向呈"Z" 字型，墻體構(gòu)造及安裝困難，重型吊車的制動系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)安裝也會非常困難。
�。�3）投影尺寸以矩形或方形為主的可化為一個結(jié)構(gòu)單元。若出現(xiàn)長向端部局部收進(jìn)，則須注意收進(jìn)尺寸不宜過大，按抗震規(guī)范平面布置盡量規(guī)則的指導(dǎo)原則，雖然廠房的地震力不一定是主控因素，但符合抗震概念的指導(dǎo)精神要求，也會消除掉后期許多不良隱患。若非收進(jìn)不可，則應(yīng)考慮采取在平面凹角處增加補(bǔ)強(qiáng)措施，通過補(bǔ)強(qiáng)措施增強(qiáng)廠房的整體性。
2、重型吊車鋼柱選型：
考慮到取材便利、用鋼量經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素，對于吊車噸位超過50 噸的廠房，若采用實腹柱，則為截面高度大于700、翼緣板厚度在18mm以上的鋼排架，建議設(shè)計人考慮格構(gòu)柱的設(shè)計方案，在綜合分析實腹柱與格構(gòu)柱的用鋼量、加工便利、防銹漆防火涂料附著力等方面后，再予以定案，確保設(shè)計不返工。
3、普鋼廠房屋面變形控制指標(biāo)：
從計算假定看，普鋼排架廠房一般假定屋面剛度無窮大，撓度太大不行。從廠房變形要求看，規(guī)范對吊車軌頂處的水平位移有較嚴(yán)格的規(guī)定，如果屋面梁剛度太小，鋼柱則成了懸臂柱，位移不能滿足，用鋼量則轉(zhuǎn)移到柱子上了，即柱子截面要很大。
一些老前輩偏向于用桁架屋面梁（屋架與柱子鉸接，這其實也是以前沒有計算機(jī)，為了方便采用手算而采用的一種結(jié)構(gòu)形式），因為當(dāng)時采用大型屋面板，荷載較大，容易出現(xiàn)漏水問題，而桁架屋面梁的剛度大，結(jié)構(gòu)安全度高。桁架梁在國內(nèi)的使用時間比較長了，積累的經(jīng)驗也比較多，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，以致沿用至今。實際上，現(xiàn)在普通廠房中使用實腹式梁（梁柱剛接，剛度也不小；采用輕型彩鋼板屋面，其對屋面梁變形要求不嚴(yán)，不會產(chǎn)生漏水等問題），從結(jié)構(gòu)體系來說是沒有問題的，已通過實踐的檢驗。
所以建議：
�。�1）大噸位吊車輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠房，屋面鋼梁的撓度問題，也超出了《門鋼規(guī)程》的范圍，如果鋼梁撓度控制得太嚴(yán)格的話，會出現(xiàn)浪費(fèi)的問題，現(xiàn)在許多工程已經(jīng)將鋼梁撓度指標(biāo)放寬了，可以參考《門鋼規(guī)程》，但支撐系統(tǒng)最好采用普鋼設(shè)計，不能采用圓鋼。
�。�2）對于采用輕型屋面的大噸位吊車輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼梁撓度可以取L/250。對于采用大型屋面板的大噸位吊車輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼梁撓度仍取L/400。對于采用輕型屋面的但鋼梁上帶有懸掛吊車的大噸位吊車輕型屋面的鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼梁撓度取L/400。
4、排架柱頂位移設(shè)計指標(biāo)：
結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，對排架柱頂水平位移（撓度）限值進(jìn)行靈活取值，以根本措施來確保重型吊車運(yùn)行穩(wěn)定，減小吊車卡軌力對主體的不利影響。
5、肩梁設(shè)計要點：
階形柱肩梁處用轉(zhuǎn)換桁架的概念進(jìn)行驗證與實施。通過肩梁的合理設(shè)計與應(yīng)用，將柱屋蓋肢內(nèi)力豎向傳遞并合理分配給下柱的屋蓋肢和吊車肢。
6、柱腳形式選�。�
由于重型吊車的吊車荷載較大，柱腳彎矩太大，常規(guī)的平接式柱腳不能滿足受力需要，故建議重型鋼柱的柱腳以插入式為主，插入深度的計算既要滿足截面本身的高寬比例要求，尚應(yīng)滿足抗震要求的截面塑性要求。
如：雙肢柱截面尺寸為：全截面高度hc=2375mm，全截面短邊尺寸bc=700mm。
（1）構(gòu)造計算時：杯口插入長度H1 應(yīng)為1.5xbc 和0.5xhc 的最大值，即最少插入深度
應(yīng)為1188mm。
�。�2）抗震計算時：H1 應(yīng)為2xbc=1400mm 和squa（6M/bf.fc）的最大值，其中bf為吊車肢翼緣寬度，fc 為混凝土抗壓強(qiáng)度。上述兩項的最大值才符合柱腳的插入深度要求。
7、抗風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計：
高大廠房往往軌高在15m 以上，山墻整體剛度較弱，單純設(shè)抗風(fēng)柱已不能滿足抵抗風(fēng)荷載的要求和跨向整體剛度的要求，于是，在設(shè)計時建議綜合考慮上層吊車軌高和抗風(fēng)柱的豎向布置，以抗風(fēng)柱為抗風(fēng)系統(tǒng)的豎向支撐點，在上層吊車梁頂部沿山墻方向設(shè)置抗風(fēng)桁架，此大跨度桁架水平放置。
8、關(guān)于設(shè)備基礎(chǔ)的設(shè)計：
大型吊車廠房往往伴隨著一些比較復(fù)雜、荷重及埋深均較大的設(shè)備基礎(chǔ)，設(shè)計時應(yīng)使地坑盡量靠邊設(shè)置，考慮和廠房基礎(chǔ)協(xié)調(diào)避讓。如一些發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)和工藝密切配合，結(jié)合" 土辦法" 和隔振技術(shù)解決動力設(shè)備共振等次生問題。
結(jié)語：僅以筆者多年工業(yè)項目設(shè)計經(jīng)驗，對重型廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計做了一些總結(jié)。另外，除考慮上述關(guān)鍵要素外，設(shè)計時還有許多需要注意的地方，比如地面堆載、室內(nèi)風(fēng)管、人孔等等，設(shè)計時不應(yīng)只考慮本專業(yè)的技術(shù)要則，更需要對項目有一定的認(rèn)知程度，讀懂工藝圖，熟悉關(guān)聯(lián)專業(yè)的設(shè)計主控方向，這樣才會少走彎路，為項目爭取更多的設(shè)計時間，才能做到重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計不被動。
