多跨重型鋼結構廠房的結構設計研究

張伏右

福建省冶金工業設計院有限公司，福建 福州 350011

0 引言

自改革開放以來，我國鋼鐵生產力不斷提高，促使我國鋼鐵產量穩居世界第一［1］。與此同時，相關政策的調整，推動了鋼結構在我國的空前發展［2］。鋼結構以其在工業廠房結構設計中的開間大、重量小、施工效率高和抗震性好等優點［3］，迅速取代鋼筋混凝土廠房和磚柱廠房。近現代，大型工業制造業的快速壯大已經使得鋼結構廠房的需求不僅僅局限于輕型鋼結構廠房，這就要求重型鋼結構廠房生產車間來滿足其生產需求。相比于輕型鋼結構廠房，重型鋼結構廠房具有高度大、柱距大并且內部吊車起重量大等優點［4］。本文以多跨重型鋼結構廠房為研究對象，進行了相關結構設計的研究工作。

1 工程概況

本工程為單層多跨鋼結構廠房，跨度為1×14.8m+1×30m+4×27m，柱距為9.0～15.0m，建筑面積為15946m2。屋面采用彩板，墻面采用彩板，基礎采用樁基礎。本工程安全等級為二級，主體結構設計使用年限為50 年。建筑抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為七度，設計基本加速度為0.10g。廠房所在地區基本風壓為0.35kN/m2，地面粗糙度為B 類，剛架、檁條、墻梁及維護結構體型系數按《建筑結構荷載規范》取值。屋面恒載（含檁條自重）為0.3kN/m2，屋面活荷載為0.3kN/m2，屋面雪荷載為0.35kN/m2，檁條活荷載為0.5kN/m2。

2 結構設計

2.1 鋼柱設計分析

對該鋼結構廠房的鋼柱結構進行單元劃分并計算其內力，取各工況內力最大值，得到鋼柱內力。由計算結果可知，最大軸力出現在單元2 和單元5 處，最大彎矩出現在單元3 處，故上述單元是最危險單元，需要著重考慮。由此本設計中單元2、單元3 和單元5 均采用面積較大的綴條格構式柱，可見其在多跨重型鋼結構廠房中的合理性。具體分析來看，大重量的起重機對鋼柱造成的彎矩影響已經不可忽視，鋼柱成為典型的壓彎構件，普通鋼柱并不能滿足設計要求，故本設計中牛腿面以下采用綴條格構式鋼柱。

2.2 吊車梁設計分析

對該鋼結構廠房某一單跨吊車梁進行彎矩和剪力的計算，并對其他跨進行吊車布置和受力分析，得出不同布置方案下的最危險受力跨吊車梁計算結果。分析可知，對于該吊車梁宜設置制動結構，采用制動板和邊梁或相鄰兩跨吊車梁的上翼緣板組成的制動梁。結合本項目特點，對局部存在不等跨的情況可采用變高度變截面形式設計，本工程宜選用高度較大、翼緣稍寬的焊接工字型吊車梁。此外，重型鋼結構廠房中大起重跨吊車梁的腹板高厚比很大，容易造成局部失穩，故在大起重吊車梁中還應設置縱向加勁肋，增加腹板抗彎能力，以增強鋼梁整體剛度。

3 結論

本文以多跨重型鋼結構廠房為研究對象，進行了相關設計研究工作。本文通過對多跨重型鋼結構廠房的設計研究，發現：

（1）重型鋼結構廠房大起重跨的柱處于壓彎狀態，柱的設計采用牛腿面下方綴條格構式和牛腿面上方普通鋼柱拼接的方式，可以滿足設計要求，并且經濟環保方便牛腿節點的拼接。

（2）重型鋼結構廠房大起重跨的吊車梁豎向彎矩、水平彎矩和剪力都比較大，吊車梁的設計應滿足高度較大、翼緣稍寬的原則。此外，還應設置縱向加勁肋，增加腹板抗彎能力，以增強鋼梁整體剛度。

（3）重型鋼結構廠房與輕型鋼結構廠房的設計差異主要集中在吊車梁系統，以及其對柱的受力影響。故在屋面和墻面等方面的結構設計，采用普通輕型鋼結構廠房設計準則即可。