雙層吊車鋼結構廠房設計淺談

郭建華

摘 要：根據工程實踐，詳細介紹在設有大噸位吊車的情況下，根據普通鋼結構設計規范和輕型鋼結構規程，對大噸位雙層吊車鋼結構廠房進行設計，為解決類似的設計問題提供了成功的范例。

關鍵詞：大噸位雙層吊車 門式剛架 吊車梁

中圖分類號：TU209 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0039-01

1 工程概況

該工程為蘭州某工廠重裝廠房。廠房長90 m；廠房寬51 m，兩跨連續（24+27） m，為高低跨屋面，檐口高度分別為23 m、16 m；縱向柱距均為7.5 m。雙坡屋面，坡度5%。

A～B軸24 m跨，高屋面，設有雙層吊車，下層為一臺20 t/5t橋式起重機，上層為一臺75t/20 t橋式起重機，吊車跨度均22.5 m；B～C軸27 m跨，低屋面，設有單層吊車，為一臺20 t/5t橋式起重機，吊車跨度25.5 m。均為A5工作制，20 t/5 t起重機軌頂標高均為12.00 m，75 t/20 t起重機軌頂標高為17.60 m；抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20 g；設計地震分組為第三組；建筑場地類別為Ⅱ類。設計荷載見表1。

2 結構設計

2.1 設計控制指標

該工程采用焊接H型實腹梁柱截面（材質Q345-B），輕型門式剛架屋蓋結構。

本工程設有最大噸位75 t吊車，廠房高度超過12 m，已經超出《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（以下簡稱“CECS102”）的適用范圍（CECS102第1.0.2條及4.2.2條），結構類型應為單層鋼結構廠房，按照GB50017-2003《鋼結構設計規范》（以下簡稱GB50017）及GB50011-2010《建筑抗震設計規范》進行設計與控制。考慮到本工程圍護結構均為輕型檁條壓型鋼板結構，同時考慮經濟節省原因，設計主剛架、吊車梁及制動桁架時，根據GB50017控制剛架柱側移及吊車梁變形，剛架梁及圍護結構變形仍按CECS102控制。

（1）根據GB50017并參照CECS102，主剛架梁撓度限值取其跨度1/240，風荷載標準值作用下主剛架柱頂側移限值取其高度的1/400。吊車梁A5中級工作制，永久和可變荷載標準值作用下豎向撓度限值取其跨度的1/1000。

（2）GB50017對有重級工作制吊車的主剛架，要求在僅有一臺吊車水平剎車情況下，柱頂相對側移△/hc≤1/1250。對中輕級工作制吊車，規范沒有明確規定，該工程設置雙層吊車，且噸位較大，水平剎車力大，考慮到剛架整體水平側移剛度要求高，同時兼顧吊車使用過程中，駕駛室操作人員的舒適度，并參照類似工程經驗，設計要求吊車水平荷載標準值作用下，上層吊車梁牛腿標高處剛架柱側移限值取牛腿處柱高度的1/850，下層吊車梁牛腿標高處剛架柱側移限值取牛腿處柱高度的1/1000。

（3）為加強廠房整體剛度，并減小側移，屋面支撐同時采用橫向支撐和縱向支撐；鋼柱腳采用整體式剛接柱腳，并采用有靴梁和肋板的柱腳以保證柱腳底能承受較大的彎矩和水平剪力。基礎采用鉆孔灌注樁基礎，并保證基底樁不出現拉應力。

（4）圍護結構參照CECS102，僅支撐壓型鋼板的屋面檁條撓度≤L/150，僅支撐壓型鋼板墻的墻梁撓度≤L/100（L為構件跨度）。屋面支撐系統中，受壓桿長細比≤200，吊車粱以上柱間支撐壓桿長細比≤200，吊車粱以下柱間支撐壓桿長細比≤150；受拉桿長細比≤300。

2.2 設計選用方案

根據上述設計要求并結合本工程的特點，進行結構方案布置：

（1）24 m跨度雙層吊車剛架柱為焊接工字型實腹式單階柱，剛架梁為焊接工字型實腹式變截面梁；27 m跨度單層吊車剛架柱為焊接工字型實腹式等截面柱；變截面梁拼接節點采用高強螺栓摩擦型連接；梁柱連接采用端板豎放式高強螺栓摩擦型連接；柱腳為剛性連接，并設置抗剪鍵。

（2）由于吊車噸位較大，橫向水平剎車荷載較大，吊車梁設計為焊接工字型實腹式等截面梁，并在75 t吊車梁處設置制動板，以保證吊車梁在較大的水平剎車荷載下的平面外穩定。

（3）屋面檁條采用Z型斜卷邊薄壁型鋼。

（4）屋面支撐采用型鋼支撐加剛性系桿體系，考慮到大噸位吊車縱向剎車力較大，且剛架柱截面高度大于1000 mm，75 t吊車梁以下柱間支撐均采用雙片支撐體系。

3 主剛架結構設計

3.1 使用軟件

計算軟件采用中國建筑科學研究院PKPM系列軟件2010年WINDOWS網絡版PKPM系列鋼結構軟件STS。在模型計算中主要用到PKPM軟件提供的結構靜力分析模塊，求解載荷引起的位移和內力。

3.2 計算模型

計算時，按二維平面結構處理，以一榀剛架為計算單元，將剛架附屬結構簡化為荷載處理。

計算參數：主剛架和吊車梁均采用Q345B鋼，彈性模量E=206x 103 N/mm2，泊松比μ=0.3，抗拉強度f=315 N/mm2，抗剪強度fv=185 N/mm2；連接采用10.9級高強螺栓摩擦型連接。

根據GB50017并參照CECS102，驗算主剛架的強度、剛度和穩定。須注意的是，與單層鋼結構廠房不同，雙層吊車廠房計算時，考慮上下兩層吊車不同時滿載，即：工況一：下層吊車取最大輪壓時，上層吊車取空車最大輪壓：工況二：上層吊車取最大輪壓時，下層吊車不參與計算。兩種工況取不利組合。

經計算，剛架的應力、變形均符合設計規范要求。吊車梁設計吊車梁均采用實腹式焊接H型鋼，75 t吊車梁設置制動板。吊車梁設計要求驗算強度、剛度及整體穩定，重級工作制吊車及應力變化的循環次數大于或等于5×104時，應進行疲勞計算。

4 結語

該文詳細介紹了帶大噸位吊車的雙層鋼結構廠房，在主剛架設計、柱腳設計及吊車梁設計過程中，主要使用參數、計算限值、注意事項等，并通過構造措施提高結構使用舒適度及使用安全，以便于設計人員之間的交流和提高，在保證結構使用安全的前提下，做到更加經濟，更加合理。

參考文獻

[1] CECS，102：2002門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程[S].

[2] GB50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[3] 王元清，王春光.門式剛架輕型鋼結構工業廠房基礎設計與研究[J].建筑結構，2000，30（4）：20-22.

[4] GB50009-2012.建筑結構荷載規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.endprint