600t橋式吊車鋼結構廠房設計概述

張漪 雷潤亞

中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院，秦皇島 066004

600t橋式吊車鋼結構廠房設計概述

張漪 雷潤亞

中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院，秦皇島 066004

針對鋼結構廠房設置雙層吊車，上層為600t特大噸位吊車，軌頂標高高，柱子承受特大荷載的情況，本著結構設計安全、經濟的原則，設計采用了“鋼管砼柱”這種由鋼管和混凝土共同承擔荷載的鋼-砼組合結構，充分發揮混凝土抗壓強度較高的優勢，從而實現減少鋼材用量、降低工程造價之目的。

600 t橋式吊車；排架；雙肢鋼管砼格構柱；軸力設計值；組合結構

1 工程概況

大連萬陽重工有限公司重型加氫反應器建設項目位于遼寧省大連市長興島臨港工業區，該公司主要依托其母公司“撫順市機械設備制造有限公司”的技術、資質、人員等優勢資源，充分利用建設地點的海域資源，解決超重、超大型容器的運輸問題，實現企業的長期發展戰略進行的異地建設項目。該公司屬于機械制造領域，是為石化工業制造特種大型壓力容器的專業公司。該項目總投資29900萬元，年生產重型反應器7000噸，高壓容器3000噸，新建重型容器車間、副跨車間、備料車間、辦公樓、綜合樓、液化石油氣站、變配電站等建筑，新建建筑面積71244平方米。

2 主廠房概況

該項目鋼結構主廠房長480m，寬114m，建筑面積54720平方米，檐口標高31.930m，屋脊標高34.300m，為雙坡屋面，設橫向通風采光天窗，屋面、墻面圍護均采用壓型鋼板。廠房平面布置主要由重型容器跨和副跨組成，跨度均為42m，柱距12m，每跨均設雙層吊車，兩跨的軌頂標高相同，上層22.000m，下層13.000m。重型容器跨上層吊車600t，下層吊車160t，副跨上層吊車200t，下層吊車50t。

3 主廠房結構特點

該項目場地為吹沙填海人工造地，地基條件復雜，廠房柱采用樁基礎，樁型為鉆孔灌注樁。上部鋼結構廠房由排架系統、吊車梁系統、屋面系統和墻架系統四部分組成。排架柱采用雙肢鋼管砼格構柱，柱頂與鋼屋架鉸接，吊車梁采用焊接H型鋼，屋面、墻架結構均采用冷彎薄壁C型鋼。

該鋼結構廠房最大吊車噸位600t，為特大噸位吊車，僅吊車自重就達526t，在傳統鋼鐵領域設計中還未曾遇到，此外，廠房設置了雙層吊車，且600t吊車設在了上層，以上因素最終導致柱子承受的軸力設計值達到1300t，針對柱子承受的特大荷載，又本著結構設計安全、經濟的原則，根據鋼與砼材料的力學特性，我們采用了“鋼管砼柱”，即：在鋼管內灌入混凝土，由鋼管和混凝土共同承擔荷載的組合結構。該組合結構可以充分發揮混凝土抗壓強度較高的優勢，從而減少鋼材的用量。另外，鋼管會對混凝土產生約束，混凝土的強度還能得以提高，同時管內的混凝土提高了鋼管板件的局部穩定性，使其強度得以充分發揮，實現兩種材料互相彌補各自的缺點，發揮各自優勢的目的。在柱子施工圖設計中，柱肢鋼管采用了φ700x16的Q235-B級鋼，管內灌入了C40級無收縮細石混凝土。

采用鋼結構分析與設計軟件STS對該廠房排架柱進行計算，承受荷載最大柱段的內力與驗算結果如下：

結構類型：單層鋼結構廠房；

設計規范：按《鋼管混凝土結構設計與施工規程》(CECS28:90) 驗算；

結構重要性系數：1.00；

抗震設計：考慮；

抗震設防烈度：7度（0.10g）；

鋼材：Q235；

截面類型=82；布置角度=0；計算長度：Lx=49.98，Ly=12.00；長細比：λx=35.5，λy=60.3；

構件長度=12.00；計算長度系數：Ux=4.16，Uy=1.00；

鋼管混凝土組合截面：N=2，D1=700，T1=16.0，D2=700，T2=16.0，D X=0，D Y=4050，RC=40；

綴材：第2類，斜綴條：Φ245*10.0，綴條間距：4050；

控制整體承載力驗算對應組合號：109，M=13365.53，N=12883.17，M= -9412.43，N= -12524.21；

考慮長細比影響的整體承載力折減系數φl*=0.746；

考慮偏心影響的整體承載力折減系數φe*=0.661；

整體承載力設計值=20843.014；

作用軸力與整體承載力的比值=0.618；

控制左肢承載力對應組合號：123，M= -10726.75，N=5765.10，M=5853.77，N= -5206.78；

左肢單管所受軸力（壓力）=5531.13；

左肢單管承載力設計值=12317.63；

左肢單管作用力與承載力的比值=0.449；

控制右肢承載力對應組合號：109，M=13365.53，N=12883.17，M= -9412.43, N= -12524.21；

右肢單管所受軸力（壓力）=9741.72；

右肢單管承載力設計值=12317.63；

右肢單管作用力與承載力的比值=0.791；

容許圓管外徑與壁厚之比[D/ T]=85.00；

綴條穩定計算最大應力對應組合號：1，M=2527.38，V=72.67，M= -1655.30，V= -72.67；

斜向綴條穩定計算最大應力（N/ mm*mm）=114.92；

作用軸力與整體承載力的比值<1.0；

左肢作用力與承載力的比值<1.0；

右肢作用力與承載力的比值<1.0；

斜向綴條穩定計算最大應力

圓管外徑與壁厚之比D/ T=43.75<[D/T]=85.00；

壓桿，平面內長細比λ=36≤[λ]=120；

壓桿，平面外長細比λ=60≤[λ]=120；

斜綴條長細比λ=69≤[λ]=120；

構件重量（含綴材，單位：Kg）=28488.83；

經過計算，鋼管內的砼分擔了柱子荷載的47%，與普通焊接H型鋼柱相比，節約鋼材39%，節約鋼材總重925t，經濟指標顯著，為業主大幅降低了主廠房的工程造價。

圖1 主廠房內景

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.026