某大型鋼結構廠房設計與思考

■馮常義 ■中冶東方工程技術有限公司，內蒙古 包頭 014010

鋼結構廠房設計特點:設計先進，采用最先進的設計方法，充分發揮鋼材力學特性和鋼構架的總潛力，從而節約大量鋼材。結構新穎、簡潔、輕巧，擴大了建筑物的內部空間，雙層保溫彩色壓型鋼板等新型墻體屋面材料圍護，更顯示建筑的時代感。而且鋼結構構件標準，制作精良，施工安裝簡便、快捷、安全。

1 工程概況

某公司無縫鋼管工程為配合公司產品進一步系列化、多樣化，更大更多地滿足市場需求，提高企業在市場中的綜合競爭能力和企業的生產效益、社會效益。公司決定新建一套Ф340PQF連軋管車間工程。該廠房采用全鋼結構，建筑面積為129598m2。廠房縱向全長為486m，橫向寬度為252m，連續七跨組成。基本柱距為18m，橫向分為42m，39m，39，36，36，33，27七跨。七跨內均設橋式起重機，吊車工作制為 A6～A8級，吊車軌面標高分別為10m，14m，18m三種。廠房檐口高度依次為 A 列26．4m、B 列 29．2m、C 列 26．6m、D 列 19．5m、E 列 21．9m、F 列24．3m、G列21．7m、H列20．0m。廠房每跨內均設有吊車檢修電葫蘆，起重量為Gn=5t。

2 結構分析

該工程基本柱距定為18m，同時為了滿足了工藝和設備的布置要求又分別采用了12m，24m，27m，和45m多種柱距;鑒于當地地質條件特殊，采用18m柱距，大大減少了柱基礎的數量和基礎工程的混凝土量，縮短了建設工期。由于吊車噸位重、廠房跨度大，故承重結構采用階型格構柱，下柱為組合式H型鋼雙肢柱，上柱為H型實腹柱，充分利用了鋼柱承載力大、制造簡便、施工周期短的優點。吊車梁系統為由鋼板焊接而成的組合工字型截面。屋面系統由托架和梯形屋架組成。廠房縱向全長為486m，已超過規范允許的溫度區段長度，故結合工藝布置需要，在廠房縱向設兩條溫度縫;橫向寬度為252m，在廠房橫向設一條溫度縫，此溫度縫兼有抗震縫的作用。在每一溫度區段內均設有完整的柱間支撐和屋面支撐系統，以形成穩定的結構體系。工程設計中，由于受工藝設備的特殊要求，抽掉了幾根柱子，在抽柱處設置了45m跨鋼托架來支撐屋面，同時在該處需設置45m鋼吊車梁，來滿足工藝的使用要求。

3 工程采取的技術措施

3．1 分離式墻皮的應用

分離式墻皮是在廠房外側另設墻皮柱與中間墻架柱及橫梁等，共同組成獨立的墻架結構體系。分離式比整體式雖然要多消耗一些鋼材，但構造簡單，可避免與吊車梁輔助桁架、柱間支撐及水落管等構件相碰。縱墻墻皮柱采用由柱腳直至屋架檐口的整根柱，柱上端以屋架縱向水平支撐作為水平支撐點，其豎向荷載全部由輔助桁架承擔，其下端柱腳水平支撐于基墩上，因僅承受很小的水平荷載，基墩構造也比一般情況下的基礎簡化。由于當地地基土層承載力較低，且厚度較大，難以滿足擬建建筑物上部荷載的要求，因此地基處理工程量大、費用高。采用墻皮柱直接支撐于輔助桁架上不僅節約了基礎，而且使廠房的整體性好，同時也避免了大量的地基處理時間，縮短了施工周期。

3．2 蜂窩梁檁條的應用

在本工程中我們采用18m為基本柱距，屋架間距為18m，屋面梁檁條跨度也為18m。由于屋面梁檁條跨度大，所承擔的荷載小，因此起控制作用的不是檁條的強度而是檁條的剛度。因此我們采用重量較輕的蜂窩梁檁條來做屋面檁條，用H型鋼切割、分割、再焊接而成。蜂窩梁檁條比切割前的H型鋼截面高度加高，從而提高了截面抵抗矩和抗彎剛度，改善了型鋼梁的受彎性能，這樣可節約鋼材并降低造價。它比實腹梁檁條可節約鋼材15%，比組合桁架梁制作簡易，防腐性能好，而且可充分利用建筑空間，穿設各種管道、電線，是很有發展前途的一種新型構件。

3．3 隅撐的應用

根據屋面傳統做法，屋蓋支撐系統包括橫向支撐、縱向支撐、豎向支撐和系桿(剛性系桿和柔性系桿)。對于柱距大，吊車工作量繁重，屋面設有檢修電動葫蘆的廠房，要求屋面支撐剛度更大，傳統做法采用上下弦桿均設置支撐系統，但這樣會導致屋面系統結構復雜，用鋼量增大。如能在確保屋面系統安全穩定的前提下優化支撐系統，本工程中采用在屋架下弦設置隅撐的方法解決了該問題。具體做法是:將屋蓋縱向和橫向水平支撐均布置在屋架的上弦桿，并用檁條兼做壓桿，屋架下弦桿的穩定通過隅撐將下弦節點與屋面檁條相連接來實現，從而保證了下弦的穩定，又避免了再設一套下弦支撐體系。其基本思路就是將下弦桿有可能產生的受壓失穩通過隅撐拉壓桿系最終傳導至剛度很大的上弦屋面支撐體系，傳力途徑簡捷明確，受力合理。通過設隅撐的方式，可以避免在下弦設置橫向和縱向支撐，使整個屋面系統簡潔美觀，節省了用鋼量。

3．4 非保溫自然通風口式天窗應用

采用非保溫自然通風口式天窗，它是一種新型節能天窗。為了更大程度的滿足采光要求，屋面上部彩板均改為采光帶。其工作原理是利用室內外溫差所構成的熱壓及風壓作用所形成的壓力差來實現換氣的一種工作方式。它具有結構重量輕、外形美觀、通風力強的特點，而且安裝使用方便。與傳統的天窗相比，排風效率提高30%，自重減輕60%。這樣不僅大大降低了廠房的工程造價，而且還減少了后期的維護費用。

4 總結

通過該廠房的設計，不僅對鋼結構廠房設計經驗、理念進行了檢驗，而且對設計工作有了更深的體會與認識:(1)在思想上要提高認識，設計是一項技術含量相當高的工作，任何一個細節如果考慮不到都有可能造成幾萬甚至幾十萬元的損失;(2)要掌握好設計所需的詳細資料，包括地質情況、氣候條件、設計用途、人文環境等情況;(3)設計要適應市場需求，在國家規范允許的前提下，最大限度地滿足業主需求，要將設計產品當作一件商品放到市場中去，體現出它的使用價值和價值。(4)要優化設計方案，進行多方案比選，從中選出最佳方案，以滿足選用、安全、經濟、美觀等一系列要求。(5)設計也是一項頗具開拓性的工作，要有創新、不拘泥于舊有的設計理念，要緊跟時代步伐，大膽地利用一些新技術、新工藝、新產品。

［1］鋼結構設計規范GB 50017-2003．

［2］趙熙元等．《建筑鋼結構設計手冊》．北京:冶金工業出版社，1995．

［3］汪一駿等．《鋼結構設計手冊》(第三版)．中國建筑工業出版社，2004．