重型鋼結構廠房設計中應注意的問題

侯 偉

(中冶南方工程技術有限公司，湖北 武漢 430223)

0 引言

鋼結構廠房通常有重型和輕型之分，主要是根據廠房內有無吊車、吊車噸位大小、工作級別、軌面標高、廠房高度等來劃分。重型鋼結構廠房主要參照GB 50017—2017鋼結構設計標準來設計，輕型鋼結構主要參照GB 51022—2015門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范來設計。對于重型鋼結構廠房的圍護結構比如屋面和墻面檁條可以采用GB 51022—2015門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范來設計。

重型鋼結構廠房主要包括以下幾大系統：基礎系統、柱子系統、吊車梁系統、屋蓋系統、墻架系統。

從2000年至今，我國鋼鐵產能急劇擴張，這其中不論是大型國有鋼廠，還是小的民營鋼鐵企業都新上了不少項目，當然相應的廠房建設也是必不可少的在這其中，也都出現了不少錯誤，有的甚至是很低級的。下面就工程中遇到的問題及需要考慮的事項給大家作以介紹，供大家學習。

1 基礎系統

1.1 基礎埋深

基礎的埋置深度除了按基礎規范按建筑物高度的1/15～1/18外，主要要考慮管線的埋深，以及設備基礎的埋深，很多廠房基礎設計時機組資料還沒有，可以把靠近機組的廠房柱基礎暫緩設計，以免造成返工。

1.2 基礎梁

一般廠房在下柱有柱間支撐跨間，基礎之間沿廠房縱向都會設置基礎梁，某工程中拉梁跨度為24 m，如果中間不設支點，則拉梁斷面尺寸將達到800×1 700。如果中間設支點，雖然增加了支點基礎混凝土量及地基處理的費用，但拉梁跨度減小為12 m，則拉梁斷面尺寸也隨之減小為400×800，總體還是節省了投資。關于柱間支撐處柱基礎的拉梁一般認為：拉梁跨度小于15 m，中部不設支點；拉梁跨度在15 m～18 m之間，中部支點可設可不設；拉梁跨度超過18 m，從經濟角度考慮宜設中部支點。

2 柱子系統

2.1 柱子腹桿的設置

冶金廠房中管道都比較多，在這里要說的是廠房柱為雙肢柱時，管道在穿柱子的地方，要注意柱肢間斜腹桿的設置要避開管道或者是調整管道位置。

2.2 柱間支撐的位置

對結構來說，柱間支撐設在溫度區段的中間是最好的，但這個應由工藝專業來確認。在實際的工程中，很多時候為了滿足工藝要求，柱間支撐都不在中間。

2.3 鋼管混凝土排氣孔的留設

廠房柱設計中經常用到鋼管混凝土，需要注意不要將排氣孔留在柱頂，經常留在柱頂的排氣孔被吊車梁下翼緣蓋住，造成排氣不暢，最后爆管，建議設在柱頂側面，超灌時比較好控制。

2.4 柱子與屋面放在一起計算

目前設計的精細化程度都比較高，為了使計算的簡圖更加貼近實際工況，用PKPM平面框架計算排架結構時，把屋面梁或屋架建在同一模型中，這樣可以考慮他們之間剛度的相互影響，計算更加準確。

3 吊車梁系統

3.1 確認吊車是否帶水平導向輪

有很多設計人員可能沒有注意到這一點，在大跨度廠房中，吊車的跨度大，吊車一般都帶有水平導向輪，這個需要在選擇壓軌器時注意，由于水平導向輪有一定的高度，所選的壓軌器和連接螺栓與水平導向輪不能碰。現場出現過由于壓軌器選擇錯誤，導致現場安裝后才發現吊車不能運行，處理辦法主要是更換壓軌器或者是吊車梁上翼緣與柱連接節點處高強螺栓反裝。

3.2 上吊車梁走道板鋼梯設置

上吊車梁走道板鋼梯在設計時應注意結合內網的排管圖，保證踏步上方的凈空。吊車梁走道板的樓梯開孔不要開在走道板的中間，這樣很難通行。

3.3 柱間支撐處吊車梁與柱頂連接螺栓

吊車梁在柱間支撐處通過高強螺栓與柱頂節點板連接，用來傳遞吊車的縱向水平剎車力和山墻的風荷載。很多人會忽視屋面橫向天窗在風荷載作用下產生的水平力，由于冶金廠房發熱量比較大，橫向天窗的數量相應也多，所以不能忽視。

3.4 吊車梁鋼軌伸縮縫位置

吊車梁鋼軌的伸縮縫(15 mm或與廠房伸縮縫相匹配)位置通常設在廠房吊車梁伸縮縫位置附近，拼接接頭應與梁的伸縮縫錯開約500 mm，兩者不要重合。

3.5 長懸挑吊車梁遠端支座受拉

在工程中有時會碰到廠房端部吊車梁懸挑出去較長，通過計算遠端支座不是受壓，而是受拉，這時遠端支座應做成平板式支座，與柱頂連接可靠，而不能采用凸緣式支座。

3.6 高強鋼的應用

重型廠房中吊車的噸位都比較大，吊車梁的高度也比較高，這時可以采用高強度的Q390，Q420鋼材，這樣可以減小吊車梁高度，增加廠房下部凈空，避免采用很厚的鋼板，同時也可減少鋼材用量。

4 屋蓋系統

4.1 屋面單梁吊檢修走道爬梯與柱間支撐相碰

屋面單軌吊檢修走道爬梯在端部軸線處與上柱的柱間支撐相碰，設計人員應當注意，同時還應注意爬梯的立柱不與吊車相碰。

4.2 抽柱處屋面梁與托梁連接

冶金廠房中會有抽柱的情況，廠房是剛架形式時，最好屋面梁與托梁疊接，這樣做的好處是托梁兩端與柱頂連接時可避開節點核心區的加勁，核心區的加勁和柱頂的蓋板可以在工廠焊，以保證質量。

5 墻架系統

5.1 墻架柱與吊車梁輔助桁架節間對應

廠房縱墻采用懸掛式結構，豎向荷載由墻架柱傳給吊車梁輔助桁架，上端以天溝為水平支點。要注意的是墻架柱的位置要與吊車梁輔助桁架的節間對應，保證強加荷載以集中力傳至輔助桁架的節點，而不是傳至桁架的節間。同樣墻架柱上部應與屋面天溝底部的加勁錯開。這里面還有一點需要注意就是，墻架柱的上段以天溝作為支點，天溝平面外剛度較差，受彎性能較弱，應該在墻架柱支點位置，把天溝與屋面支撐體系相連，這樣墻面的水平力就通過天溝傳給屋面支撐體系。

5.2 山墻墻架柱間設支撐

山墻采用自立式結構，豎向荷載由墻架柱直接傳到基礎，上端以屋面檁條作為水平支撐點。當廠房較高或吊車噸位較大時，為保證山墻的剛度，在墻架柱間宜設置柱間支撐，尤其是在地震烈度較高的地區更應該設置。對單跨廠房一般設置一道柱間支撐，當廠房高度與跨度之比較大時(高度接近跨度的2倍時)宜設置兩道柱間支撐。對等高多跨廠房，可僅在兩側跨的山墻設置柱間支撐；對不等高多跨廠房，應在高跨和低跨分別設置。在柱間支撐的節點處，宜設置通常的水平系桿，作為未與柱間支撐相連的墻架柱的側向支承點。

6 結語

大型廠房的設計是一個大的系統工程，并不是一個人從上到下慢慢完成的。實際的設計過程中，往往是4個人～5個人，每人一個系統做下來。這樣就需要設計人員相互配合，把系統間的連接和對應關系搞清楚。以上所提到的問題都是在工作中經常碰見的問題，并提出了一些觀點，可能有不妥的地方，愿和業內人士共同探討，其目的就是把重型廠房設計得更合理，更安全，減少現場的返工。