030福田汽车钢结构工业厂房设计审查要点分析

1、淘宝专业学术杂志店com第 43 卷 第 3 期2013 年 2 月上结构Building StructureVol 43 No 3Feb 2013福田汽车钢结构工业厂房设计要点分析，冯廉( 中国中元国际工程公司，北京 100089)摘要 以福田汽车大型工业项目为例，对钢结构工业厂房结构设计中的规范标准参数取值、主体结构安全性、支撑体系的稳定性等一系列要点问题进行分析，并提出相关有益的参考。要点，为相似工程的设计和工作提供 单层工业厂房; 门式刚架; 抽柱排架; 托架; 隅撑号: TU27，TU318. 2文献标识码: A文章编号: 1002 848X( 2013) 03 0117 05Ana

2、lysis on design review keypoints for FOTON steel-structural factory buildingDeng Fanrong，Feng Lian( China IPPR International Engineering Corporation，100089，China)Abstract: Taking the FOTON project for example，a series of key issues in the process of reviewing the design of steel structural factory b

3、uilding were discussed，including parameter selection of code，safety of major structure and stability of braces And design reviewing keypoints are given through analysis and discussion，which could provide beneficial reference for similar engineeringsKeywords: single story factory building; portal fra

4、me; bent with local deleted column; bracket beam; knee brace0引言北汽福田汽车类、第二类厂房还根据民用工程设计技术措施( 2009 年版) 4 ( 以下简称技术措施) 参照执行。主要指标见表 1。近年来分别在北京市怀柔、昌平、密云及河北省承德等地，建设多项大型汽车工业项目 100 多万 m2 ，主体均为钢结构工业厂房，屋面和均为轻型薄壁檩条加保温压型彩板，抗震设防烈度分别为 6 度、7. 5 度、8 度，场地类别为类和类。审图分成两大类型: 一是无吊车工业厂房，计有成品、废料、仓库等，一般为单跨和多跨门式刚架或钢框架结构; 二是有吊车

5、工业厂房，图 1 无吊车工业厂房的分类等车间，还有冷计有热铸造总装、分、配料等车间，基本上采用单层多跨工业厂装无吊车厂房主要指标表 1房的刚架。该项目设计工作由多家设计院承担，彼此间的设计方法、技术条件、指标均有较大差别，增加了项目难度。1无吊车工业厂房的审图要点无吊车工业厂房分成两类，第一类是高度注: H = 10 m 是图集 02 SG518 1 的界定条件。在 10m 以下，且钢柱、钢变截面，柱脚为铰接有吊车工业厂房的审图要点有吊车工业厂房也分成两大类: 第一类是吊车2( 图 1( a) ) ，一般按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程( CECS 102: 2002) 1 ( 以下简称规程)

6、起重量 Q20t 的工业厂房( 图 2 ( a) ) ，柱H 形，并 参照图集 02SG518-等截面或以内，审图I 形变截面，柱脚按，柱高在 13. 0m图集 04SG518-12 ( 以下简称图集 02SG518-1 ) 执行; 第二类是高度在 10m 以上，且钢柱、钢梁均为等截面，或钢梁是变截面，35 ( 以下简称图集 04SG518-3 ) 标准执行; 第二柱脚为形式( 图 1 ( b) ) 。对此类型， Q 50t 的工业厂房( 图类是吊车起重量20t2，规程外，亦按除参照抗震设计规( b) ) ，柱等截面，或变截面，柱脚为范( GB 500112010 ) 3 ( 以下简称抗震规范

7、)中的单层钢结构的有关规定采取加强措施，对第一作者简介:，教授级高级工程师: Dengfanrong ippr net。类别柱顶位移屋面斜梁挠度构件长细比门式刚架H10 m1 /100 1 /80f1 /180 ( 无吊顶)f1 /240 ( 有吊顶)柱 180其他 220门式刚架H 10 m1 /200 1 /150f1 /250柱 150其他 200淘宝专业学术杂志店com结构2013 年118柱高大于 13. 0m，审图严格按钢结构设计规范平面内和平面外的稳定应力等) ，计算程序可采用( GB 500172003) 6、抗震规范及执行，还参照技术措施执行。主要2 所示。规程指标如表PKP

8、M 或理正软件的工具箱，应力比下，压杆长细比满足 200。在 0. 90 以( 7) 对于工业厂房柱、梁钢结构 H 形截面，STS软件分析会提及柱梁腹板高h0 / tw 和翼缘宽b / t，若不满足抗震规范9. 2. 14 条条文说明表 6 的限制 ，软件会提示超限，此 应引起重视和加强。4钢柱脚基础钢柱脚基础一般采用钢筋混凝土基础较图 2 有吊车工业厂房的分类多，也可采用钢筋混凝土条形基础，如半龙门吊的基础可做成条形基础一定要注意车间地面荷有吊车厂房主要指标表 2载的影响，在检查基础最大应力产生的附加应力进行核算。应考虑地面荷载基础，应十分注意基础台阶的宽高比，应满足 b / h2. 5，否

9、则应提高台阶的高度 h。对地基承载力的，有两种不同公式应加以区别:1) fa = fka + b ( b 3 )+ d 0 ( d 1. 5 ) ( 适用于北注: 1 ) 吊车轨顶位移值 1 /1 250 ，仅适用于一台 A7 ，A8 工作制吊车的标准水平刹车力情况; 2 ) Q = 20 t 是图集 04 SG518 3 的界定条件; 3 ) fay 为钢材屈服强度。京地区，详见北京地区地础勘察设计规范( DBJ 11-5012009) 9; 2 ) f= f+ ( b 3 )aakb+ d m ( d 0. 5 ) ( 详见( GB 500072011) 10) 。条形基础一般按弹性地基梁

10、，并采用专业程序地础设计规范结构计算应用程序的分析结果( 1) 采用 PKPM 平面建模、平面导荷载，切榀形成横向平面刚架或纵向平面刚架。只按平面刚架的计算结果，不采用空间三维分析计算结果。( 2) 平面刚架分析，一般采用建研院编制的 STS钢结构排架计算软件，而 新版 STS 软件已考虑了抗震规范中的钢结构的低延性、高弹性承载力的性能设计。考虑钢结构制作、施工的不利因素，对于屋面梁的应力比宜 在 0. 90 左右，对于钢柱的应3计算。车间围护墙体的地基设在冻土层下或采取防冻胀的措施，对于车间大门处的地则应验算汽车荷载的作用影响。断开，否北汽福田项目的柱基础大多采用 CFG 复合地基处理，在则

11、严格明确施工应具备的施工资质和业绩要求，并对 CFG 处理后的地基承载力和变形提出要求，一是柱基础的最终沉降值 50mm，二 是两个柱基础的沉降差值满足规范0. 002 倾斜率要求。力比宜在 0. 95 以下。( 3) 对于工业厂房刚架的风荷载体型系数 s ，风荷载输入计算应引起重视，根据钢结在结构体系的稳定性要点5构设计手册7 的意见，建议一般刚架为 L / h 40轻屋盖单层工业厂房钢结构无抗震等级，但应考虑结构体系稳定性及不同抗震设防烈度的构造措，门式 刚架宜采用结构荷载规范 ( GB500092012) 8 ( 简称荷载规范) 的 ，这样才s能更有效保证刚架设计的安全。( 4) 对于特

12、殊的刚架，如: 柱网布置不规则刚架、抽柱刚架、具有主次梁的托梁刚架等，均按真实施，因此行。要参照抗震规范表 9. 2. 12-2 执内容包括: 上弦水平支撑( 横、纵) 、上弦的通长系杆、柱间支撑、隅撑、山墙支撑等。对于结构体系的稳定性，将工业厂房分成的受力状况进行。两种类型: 第一类是无吊车厂房和 Q5t 的厂房，因为无吊车或吊车吨位小，其纵、横向吊车的工作振动( 5) 有非标准吊车，应按的吊车则要求进行吊车序计算，当吊车工作制为 A7，A8梁的疲劳验算。影响亦小，此的屋面支撑体系可放松些，可参照图集 02SG518-1执行; 第二类是有吊车且 Q 10t的工业厂房，因吊车的横向与纵向刹车力

13、影响较大，( 6) 对于大吨位吊车，当 Q 30t 并有制动结构，均应验算制动板和制动桁架的应力( 包括屋面支撑体系也应加强一些，此可参照图集类别柱顶位移屋面挠度构件长细比Q20 t1 /400 ( 风)1 /300 ()f1 /360 1 /300柱 120 槡235 / fay其他 20020 t Q50 t1 /400 ( 风) 1 /300 () 1 /1 2501)f1 /400 1 /360柱 120 槡235 / fay其他 200淘宝专业学术杂志店com第 43 卷 第 3 期，等 福田汽车钢结构工业厂房设计要点分析11904SG518-3执行。屋面支撑体系设置原则是增加屋面整

14、体刚度，工作的影响较小; 当 Q 10t靠墙檩隅撑是撑不住的，此，柱子平面外的稳定Ly 不取墙檩间距，应取吊车梁( 牛腿处) 至柱脚及柱顶的距离 H1 ，H2 ，即吊车梁才能作为柱子平面外的上柱和下柱的纵向支有效传递吊车刹车力等水平荷载屋面在安装和使用的稳定性，屋面支撑设置应该注意以下问题:( 1) 屋面体系的纵向两端和中间要设置横向水平支撑，并与柱间支撑的设置相对应。( 2) 屋脊处应设置通长的纵向刚性系杆。撑点。有许多设计，往往取墙檩的间距来柱子平面外的长细比 ，这是不够的，应取吊车梁的纵向支撑作用才可靠。抽柱刚架和弹性支座托梁的因工艺布置的要求，往往要在几根柱子，这就是工业厂房普遍6(

15、3) 屋面跨度大于 15m跨中( 或横向水或中柱拔掉的抽柱刚架。平支撑交点处) 设置一道通长的系杆: 无吊车可设置受拉系杆; 有吊车且 Q 5t( 4) 有托架或抽柱区域通长的纵向水平支撑。宜设置受压系杆。纵向设置局部或因为工业厂房一般不做空间工作分析，只做平面刚架分析，因此，如图 3 所示，在处理抽柱刚架计算，如何简化抽柱展开刚架的问题( 因部分设计单位不熟悉抽柱刚架的荷载计算，特作详细说明) 。( 5) 跨度较大且 Q 16t 以上，应设置由横向水平支撑及杆组成的屋盖支撑体系，此要求: 1) 相邻横向水平交叉支撑之间沿厂房纵向设置多道通长系杆，以保证屋面梁的整体稳定，并有效传递吊车产生的水

16、平力，一般不应省略; 2 )重选用张紧圆钢作为水平交叉支撑，一般仅在 6 度区、无吊车( 或 Q5t) 且屋面荷载较小的较低门式刚架中使用。柱间支撑设置 一定要与屋面的横向水平支撑相对应，当 Q10t，审图要求:( 1) 应有吊车纵向水平力和风荷载下的柱间支图 3 抽柱刚架平面示意图撑的验算，并柱间支撑的长细比 200。在处理主、次刚架 ，研究范围一般取 2 × 6m 柱距间斜线范围，因为假设屋面刚度 EJ = ，在水平力作用下各个柱顶位移都相等，可以将图 4 简化成图 5 所示刚架进行计算。计算关键是吊车荷载的轮压反力取值的确定，( 2) 柱间支撑作为钢结构车间的温度区段考虑，则要

17、求车间中部应设置上柱支撑和下柱支撑，若遇车间大门有碍则应设置下柱的门式支撑或适当偏移，对于车间结构温度区段的纵向两端，因为 是温度区段的自由伸缩区，则要求仅设置上柱柱间支撑即可。对于山墙柱支撑则视山墙宽度和高度， 参照图集 02SG518-1和图集 04SG518-3执行。轻型钢结构的隅撑设置，可将隅撑分成屋面梁的隅撑和钢柱的墙檩隅撑两类:( 1) 屋面梁的隅撑，一般是按屋面檩条的间距来确定的需根据计算书中屋面梁的 Ly 值加以。( 2) 外钢柱柱顶的檐口处，柱顶内侧设置还要看门钢图 4 简化前的 2 跨刚架一道墙檩隅撑以提高钢柱稳定性，此柱的 Lx 和 Ly 的计算取值，Lx 取钢柱全长 &

18、#215; 系数，Ly 则取墙檩条的间距。( 3) 若属于有吊车的厂房刚架柱，隅撑设置则要钢柱计算Lx 和 Ly 长度取值，STS 软件对Lx 和 Ly 都有定义; Lx 取钢柱全长 × 系数，Ly 的取值如下: 当 Q 10t，Ly 可取墙檩的间距，因为吊车纵向图 5 简化展开后 4 跨刚架淘宝专业学术杂志店com结构2013 年120现以 24m 跨的吊车荷载为例( 2 台吊车轮压)(图重要节点连接的厂房连接节点是实现结构安全、稳定的重要因素，一般包括以下几方面内容:( 1) 柱顶节点无论柱顶连接采用何种形式，均要求验算柱梁76) : 则作用在 4 跨展开刚架的、右小吊车作用=

19、R2 ，P A2 = ( R1 + R3 ) /2，P B = R4 。反过来?力 P A1轴小轮压，? 轴大轮压，又有一组、右大的 P A1 ，P A2 和 P B 值。同样可以求出? 轴的水平刹动力( 考虑吊车的卡轨作用) 的 TA2 ，TA1 和 TB ，对于抽柱展开刚架，审图 一定要认真复核输入的主、次刚架牛腿节点处荷载的正确性。若不熟悉抽柱展开刚架，也可按照图 7 作简化处理，图中 P A1 ，P B ，P C1 的取值参照展开刚架的轮压反力值。相交节点域的剪应力，当不满足要求厚节点腹板和增设斜加劲肋板，常见的连接图 9 所示。要求加图 9 柱顶节点图 6 轮压反力示意图( 2) 牛

20、腿节点牛腿则要求吊车轮压和吊车刹动力的抗剪验算，并要求设置相应的加劲板，常见的构造如图 10 所示。图 7 主、次刚架示意图但在次刚架计算 ?轴托架梁的支座沉陷必须输入计算才正确。至于托架处的支座竖向位移值可事先按单跨或多跨连续梁来确定。取? 轴的托架梁，计算简图如图 8 所示。图 10 牛腿节点( 3) 柱脚节点外露式柱脚需验算柱底水平抗剪承载力，承载力不足应要求增设抗剪键并预留槽口，如图 11图 8 ?轴托架梁竖向位移计算简图图 8 中 P 为屋架梁的集中力，按计算图计算出在集中力 P 作用下的垂直位移 ，此竖向位移 即为次刚架的?轴弹性支座的竖向位移值。对于有多级的屋面主、次梁的结构，审

21、图 则建( a) 所示。式柱脚利用钢柱和混凝土基础间的握裹力将柱脚内力( N，M，V) 传递给基础应要求柱脚满足规范最小埋深要求，如图 11( b) 所示。该柱脚形式常应用于有大吨位吊车的工业厂房。( 4) 抗风柱顶节点抗风柱一般用于承受围护结构传来的水平风荷载作用，理论上与屋架或屋面梁之间只传递水平力、议可以按屋面的平面交叉结构来复核，此可以得到精确的主、次梁( 托架、屋架) 的支点沉陷值。目的是保证托架支承屋架处的沉陷值，在规范的限制内，不致出现屋面“锅底”积水现象。另外审图还要求主、次梁屋架的相邻中心挠度值倾斜率在 0. 002 之内。不传递竖向力，为保证屋架或屋面下的侧向稳定性，一般要

22、求抗风柱与屋结合设置，如图 12 所示。水平力作用支撑淘宝专业学术杂志店com第 43 卷 第 3 期，等 福田汽车钢结构工业厂房设计要点分析121结语钢结构的安全性和整体与局部稳定性是第一位的，决不能姑且放松。因为国内钢结构轻钢厂房在施工和使用中，曾发生过多次倒塌事故，应引起高度8的重视。钢结构厂房的优化是第二位的，在审图中发现较多不符合规范规程和影响安全的做法，经了解得知生产厂家为了节省造价，降低了标准，本来不属于门式刚架范围的，却片面选用规程图 11 柱脚节点作为设计依据。必须按钢结构现行规范、规程，分清门式刚架不同及北京市施工图要点高度的设计要求，分清抗震和非抗震的设计标准，分清吊车起

23、重量大小的影响，并 参 照图 集Q02SG518-1和图集 04SG518-3执行。参考文献1 CECS 102: 2002 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程S北京: 中国计划，2003图集S 北京: 中国2 02SG518 1，20022010抗震设计规范S 北京: 中国，2010图 12 抗风柱顶节点3 GB 50011工业( 5) 托架与屋面梁连接节点屋面梁直接支承在托架上4 住房和城乡建设部工程质量安全监管司民用工程设计技术措施 M 2009 年版 北京: 中托架和屋架之间设置隅撑，如图 13( a) 所示，以增加托梁平面外国计划04SG518 3，2009的稳定性。屋架与托架的形式较常见，如图 13( b) 所示，该连接方式有利于托梁和屋面梁的平面外稳定性，但应补充节点处的连接计算。5 图集S 北京: 中国，20042003 钢结构设计规范S 北京: 中国计，20036 GB 5001