有吊車抽柱輕鋼廠房的設(shè)計(jì)體會(huì)

王洵

摘 要：輕鋼結(jié)構(gòu)是指主要承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實(shí)腹門式鋼架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無(wú)橋式吊車或起重量不大于20T的A1-A5工作級(jí)別橋式吊車或3T懸掛式起重機(jī)的單層房屋鋼結(jié)構(gòu)。因生產(chǎn)工藝要求，大型廠房常要求抽除部分鋼架柱以滿足設(shè)備通行或大空間要求，從而形成抽柱鋼架。本文結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例，闡述有吊車抽柱輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)分析方法。

關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu)；抽柱鋼架；結(jié)構(gòu)分析

1 工程概況

江蘇某重工有限公司2#廠房長(zhǎng)度234m，跨度為24X3=72m，柱距7米，每跨內(nèi)考慮兩臺(tái)10T橋式起重機(jī)。建筑面積1.68萬(wàn)m2。牛腿標(biāo)高標(biāo)高為8.1m，檐口標(biāo)高12.0m，采用門式剛架結(jié)構(gòu)，主剛架采用熱軋H型鋼，Q345B級(jí)，屋面坡度采用1/10，維護(hù)墻及屋面均采用輕質(zhì)彩鋼板。該工程在11軸處抽除兩根中跨鋼柱，設(shè)置由大跨度吊車梁、屋面托梁、屋面支撐組成的抽柱系統(tǒng)，附結(jié)構(gòu)局部平面布置圖，詳見圖一。計(jì)算軟件采用PKPM鋼結(jié)構(gòu)軟件。該工程至今已竣工投產(chǎn)兩年。

2 抽柱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

11軸處鋼柱抽除后，主要需解決因抽柱產(chǎn)生的四個(gè)問題：1）11軸鋼架在中間D、G軸支座處均為鉸接，其屋面的荷載均由屋面托梁傳遞至兩側(cè)的10、12軸鋼架上，因而11軸，10及12軸均不同于原有鋼架，需重新計(jì)算設(shè)計(jì)，并需設(shè)置托梁；2）抽柱處屋面需設(shè)置屋面水平支撐以保證屋面鋼架的整體性及傳遞水平荷載能力；3）因抽柱形成大跨度柱網(wǎng)處，需設(shè)置14米跨度吊車梁；4）因荷載情況變化，10及12軸基礎(chǔ)需單獨(dú)設(shè)計(jì)。

2.1 鋼架的設(shè)計(jì)

對(duì)于抽柱的11軸鋼架，其鋼梁承受的屋面恒載及活載情況均與正常鋼架相同，其上下兩端柱柱頂、柱底均為剛接，中間抽柱處設(shè)置鉸支座，此模型應(yīng)比較接近實(shí)際情況。經(jīng)過計(jì)算分析，11軸鋼架梁均與正常跨相同，在采用相同的參數(shù)控制前提下，A、K軸兩鋼柱翼緣厚度由12mm增至14mm即可滿足要求；對(duì)于抽柱跨相鄰的10及12軸鋼架，其鋼梁承受的屋面恒載及活載情況也與正常鋼架相同，因托梁與柱頂鉸接，故只需在10及12軸鋼架的鋼柱頂增設(shè)一對(duì)集中力，分別對(duì)應(yīng)由托梁傳遞的11軸屋面的恒載及活載。本工程屋面恒載及活載的取值分別為0.3KN/㎡及0.4KN/㎡， 所抽除柱的受荷載面積A=24X8=192㎡，則10及12軸柱頂需增設(shè)的集中恒載F1及活載F2分別為：

F1=（192X0.3）/2=28.8KN

F2=（192X0.4）/2=38.4KN

將以上荷載加于鋼柱柱頂，通過計(jì)算分析可知，抽柱對(duì)相鄰跨的影響有限，但考慮抽柱后形成的復(fù)雜情況，10及12軸鋼柱的應(yīng)力比均按0.60控制，設(shè)計(jì)中增大了兩榀鋼架的鋼柱尺寸及厚度，預(yù)留足夠的安全儲(chǔ)備。此處的F1及F2也是計(jì)算托梁時(shí)的作用力，因相鄰跨柱托梁時(shí)的沉降極小，故計(jì)算托梁時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其撓度，以免相鄰鋼架因托梁撓度過大導(dǎo)致屋面變形。托梁與11軸鋼架的連接詳見圖二，與10、 12軸鋼架的連接詳見圖三。

2.2 屋面水平支撐的設(shè)計(jì)

屋面水平支撐應(yīng)設(shè)置在設(shè)有柱間支撐的開間，在抽柱鋼架的周邊區(qū)域應(yīng)相應(yīng)增設(shè)水平支撐，加強(qiáng)鋼架之間的拉結(jié)。抽柱鋼架周邊水平支撐詳見圖四。

2.3 14米跨度吊車梁設(shè)計(jì)

鋼柱抽除后，需設(shè)置跨度14米的吊車梁，按跨內(nèi)兩臺(tái)起重機(jī)考慮，計(jì)算吊車梁。最終計(jì)算得的吊車梁高度為1000mm，而相鄰吊車梁均為700mm，為保證吊車梁直線運(yùn)行吊車梁頂需位于同一標(biāo)高，此處可采取變截面吊車梁或設(shè)置高低牛腿的方法。本工程采取高低牛腿的方法，將牛腿降低300mm，再設(shè)置300mm高小立柱托高7米跨度吊車梁。此處的詳細(xì)做法詳見圖五。

2.4 基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

經(jīng)過上文的計(jì)算分析可知，10軸及12軸基礎(chǔ)增加的荷載主要為托梁傳遞的恒載及活載，經(jīng)過分析增加的吊車荷載較為有限，根據(jù)以上荷載可計(jì)算出基礎(chǔ)的面積及配筋。本工程采用深層混凝土攪拌樁復(fù)合地基，獨(dú)立基礎(chǔ)。

3 柱間支撐設(shè)計(jì)

本工程安裝有中級(jí)工作制10T吊車，若支撐設(shè)置不當(dāng)，吊車行走時(shí)，就會(huì)造成剛架晃動(dòng)，存在安全隱患，因此支撐的設(shè)置非常關(guān)鍵。交叉支撐采用角鋼，在廠房的頭、尾跨設(shè)置柱間支撐，中間跨每隔5～6跨設(shè)置一道，在設(shè)置柱間支撐的同一跨設(shè)屋面水平支撐，柱間支撐和屋面支撐一起共同組成廠房的支撐系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程至今已竣工投產(chǎn)兩年，吊車運(yùn)轉(zhuǎn)正常，經(jīng)歷過揚(yáng)州7月20日4.9級(jí)地震及冬夏大溫差的考驗(yàn)，均能滿足正常使用要求，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)材高效，耗鋼少，自重輕，制造安裝運(yùn)輸簡(jiǎn)便，工期短，可拆遷，定型批量生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)商品化等，因而近年來(lái)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。抽柱輕鋼結(jié)構(gòu)作為輕鋼結(jié)構(gòu)中特殊的一種，其抽柱系統(tǒng)的分析與計(jì)算尤為重要，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)仔細(xì)分析受力及傳力情況，形成清晰明確的結(jié)構(gòu)體系。近些年來(lái)抽柱鋼架在工程中已出現(xiàn)較多，處理這一特殊情況的方法也形式多樣。為此，在謀求改進(jìn)方面希望本文能起到拋磚引玉的作用，同時(shí)我們期待著與專家同行的合作。請(qǐng)大家共同關(guān)注與探討并指正。

參考文獻(xiàn)

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