工业厂房结构主体方案设计

工业厂房结构主体方案设计

【摘要】：一般来说厂房结构体系由：1）横向有侧移排架系统、2）纵向无侧移排架系统、3）吊车梁系统、4）屋面支撑系统、5）柱间支撑系统、6）外围护系统这六大系统组成。横向为排架主受力方向，主要承担横向风载及吊车水平刹车力；纵向因有柱间支撑系统而视为无侧移排架，主要承担山墙风荷载及吊车的纵向刹车力。此种结构主体往往简化为单榀横向排架进行分析（纵向通过设置柱间及屋面的支撑和系杆系统以保证其纵向的稳定），这样既突出主要影响因素，又大大简化了计算，是目前我国工业厂房普遍采用的计算方法。本文以“浙江方圆综合试验室”为例，介绍一下重型钢结构厂房主体结构的方案设计思路，为以后解决类似问题提供范例。【关键词】：钢结构厂房

结构设计参数

吊车梁

一．工程概述：浙江方圆电气设备检测有限公司中高压及变压器检测工程项目综合试验室建设地点位于浙江嘉兴市秀洲区。厂房长度为6×6m=36m，由吊芯间及绝缘大厅两连跨构成，其中吊芯间跨度为14.6m，大厅跨度为27m。吊芯间下弦最低点标高22m，设200/50t桥式吊车一台，轨顶标高16.5m，吊车工作级别A5，主结构采用：格构柱+实腹式工字钢梁。因工艺要求，山墙面设置10x14（m）的上承载式推拉门。绝缘大厅柱顶标高21.50m，设10t/3.2t桥式吊车一台，轨顶标高16.5m，吊车工作级别A5，网架下弦有2台2t悬挂吊车，主结构采用：格构柱+钢网架屋面。因工艺要求，山墙面设置8x14（m）的上承载式屏蔽推拉门。另外根据工艺使用要求，3轴线在标高7.5m及10.5m处有多处穿墙套管，且3轴交D~G轴处有3.6m高的控制室，控制室内不能有支撑。外围护采用轻质墙、屋面系统，建筑参数详见下图。二．设计要求：该厂房主刚架须依据《钢结构设计规范》进行设计，强度及稳定应力比控制在0.8以内，位移挠度控制措施如下：1）、根据《钢规》附录A.1.1条，钢梁挠度取限值取其跨度的1/400，风荷载标准值作用下的主刚架柱顶侧移限值取其高度的1/400，吊车梁竖向挠度限值取其跨度的1/1000。2)、《钢规》附录A.2.2条对有重级工作制吊车运行的排架结构，其主刚架要求在仅有一台吊车水平刹车情况下，吊车梁顶相对侧移限值△/Hc=1/1250，但对中轻级工作制吊车规范中并没有明确规定，考虑到大吨位吊车，水平刹车力大，对刚架整体水平侧移要求高，根据以往经验，△/Hc宜小于1/800。3）、为加强厂房的整体刚度，柱脚采用刚接。在基础设计中构造上要保证柱脚能承受较大的弯矩和水平剪力，尽量避免柱脚出现拉应力区，故采用插入式杯口基础；屋面采用纵、横向加设屋面支撑及压杆的方式以提高屋面的整体刚度。三．结构设计方案：根据上述设计要求再结合本工程的特点，进行结构方案设计：1）、吊芯间及绝缘大厅横向采用单榀有侧移排架计算，排架柱平面内的计算长度系数按《钢规》附录D-4查取。其中绝缘大厅的屋面网架按屋面刚性杆进行等代建模；纵向通过设置两道上下柱支撑后按无侧移排架进行强支撑（柱顶位移须小于柱高1/1000）的内力计算，排架柱面外的计算长度按《钢规》5.3.7条确定，即侧向支撑点的间距确定。2）、网架未参与整体横向排架计算，故排架横向计算时应尽量增加侧移刚度，减小横向侧移。网架单独计算时应考虑支座刚度约束的影响，支座的横向刚度按排架计算的实际刚度输入，纵向因增加了强支撑，纵向刚度可按无穷大考虑，竖向刚度可认为钢柱无轴向变形确定为无穷大。3）、为加强屋面纵、横向刚度，屋面支撑采用柱顶刚性系杆及柔性交叉支撑拉杆体系，设置纵、横向屋面水平支撑系统。4）、因工艺使用要求，1~2轴之间有10x14（m）的上承载式推拉门，此轴线在14标高以下不允许设置抗风柱，为满足使用及外墙面要求，在门洞顶处设钢托梁，托梁上设立柱以满足墙面檩条安装需要，详见“GJ-2”立面布置图。5)、因工艺使用要求，3轴在标高7.5m及10.5m处有多处穿墙套管，且3轴交D~G轴处有3.6m高的控制室，控制室内不允许设支撑，按常规思路柱间支撑难以布置。最终确定柱间支撑布置方案详见“柱间支撑立面布置图”。通过以上几点的分析，适合本建筑的主体结构的框架体系基本已经形成，接下来可以进行建模计算了。1）、根据吊车荷载进行吊车荷载计算，以确定吊车梁、走道板的截面及传至柱牛腿顶面的最大、最小轮压Pmax、

Pmin。吊车按实际工作的台数确定，大于50t的吊车梁计算须考虑制动板的作用。吊车梁截面确定后就能根据轨顶标高计算牛腿标高。2）、确定结构建模时所需参数，如柱底标高、牛腿标高、柱顶标高、女儿墙顶标高等，然后进行横向排架网格建立。3）、根据类似工程经验进行网格上梁柱布置。主刚架下柱采用格构式钢柱，其中屋盖肢采用双角钢组合槽型截面，吊车肢采用焊接实腹工字形截面，两肢间采用角钢缀条连接，上柱采用焊接实腹式工字形截面。吊芯间钢梁采用等截面焊接实腹工字形截面，因工艺需要绝缘大厅采用钢网架屋面，详见“GJ-1”立面布置图。四．主结构分析结果：

计算软件采用PKPM钢结构/钢排架进行平面静力分析设计，求解由荷载引起的挠度、位移及应力比等结果。1）计算程序中结构设计参数的选取需要特别引起注意：a、单层厂房排架柱计算长度折减系数，按《钢规》表5.3.4选取，本设计取0.7；b、轻屋盖厂房按“低延性、高弹性承载力”性能化设计（2或1.5倍地震力），含义如下：当构件的强度和稳定的承载力均满足高承载力—2倍多遇地震作用下的要求（γGSGE+γEh2SE≤R/γRE）时，采用现行《钢规》弹性设计阶段的板件宽厚比限值，即C类；当强度和稳定的承载力均满足高承载力—1.5倍多遇地震作用下的要求（γGSGE

+γEh1.5SE≤R/γRE）时，可按下表中B类采用。工字型柱、粱构件的板件宽厚比限值构件构件名称B类C类Q235Q345Q235Q345柱翼缘b/t129.9《钢规》弹性阶段段的板件宽厚厚比限值（针针对不同结构构构件的局部部稳定要求，见见第4.3节和第第5.4节）腹板h0/tw5041.3粱翼缘b/t119.1腹板h0/tw7259.4

c、阻尼比，根据《抗规》9.2.5条，单层钢结构厂房的阻尼比可取0.045~0.05，本设计取0.05。另外，根据《抗规》应注意区分不同类型钢结构的阻尼比：单层钢结构厂房的阻尼比可取0.045~0.05…………….《抗规》9.2.5条多层钢结构厂房的阻尼比：

《抗规》9.2.5条多遇地震时可取0.03~0.04；罕遇地震时可取0.05。

门式刚架的阻尼比取

0.05

《门刚》3.1.6条民用钢结构多高层的阻尼比：

.《抗规》8.2.8条

多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。d、地震作用组合时活荷载组合系数，对单层工钢结构厂房可根据《抗规》5.1.3条确定；对于多层钢结构厂房活荷载组合系数应根据行业特点，对楼面检修荷载、成品或原料堆积楼面荷载、设备和料斗及管道内的物料等，采用相应的组合系数。2）、材料参数：主刚架采用Q235，吊车梁采用Q345，其他同常规设计。3）、荷载标准值（kN/m2）：吊芯间屋面恒载绝缘大厅屋面恒载载吊芯间屋面活载绝缘大厅屋面活载载基本风压雪载0.51.30.80.50.45（R=550）0.35（R=550）注：雪荷载考虑屋面不均与积雪。吊车参数按甲方提供参数进行设计。4）、场地地震动参数：抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。5）计算结果：项目钢梁应力比钢柱应力比钢梁挠度风载下柱顶位移吊车荷载下吊车梁梁顶位移△//Hc200t吊车梁挠挠度计算结果0.660.771/17401/9091/8811/1140规范限值1.01.01/4001/4001/8001/1000比较结果满足满足满足满足满足满足计算/限值0.660.770.230.440.910.886）、由以上计算结果分析可知：

a、本建筑排架方向以吊车荷载作用下吊车梁顶位移及下柱的应力比控制，可见对于大吨位吊车而言，吊车荷载对结构主体计算的影响最大，对吊车荷载的输入准确性要充分重视。b、为满足工艺需要，本建筑在3轴柱间支撑做了特殊的立面布置，还在1~2轴之间通过在托梁上立柱以方便山墙面檩条的安装，此项工艺特殊要求给结构设计增加了相当的难度及工作量，但为了实现厂房的功能，结构设计上做了一些如上述变通的方法，亦能满足厂房的安全及规范要求。c、合理的参数输入是正确计算的关键，对设计结果的判别则是对设计人员丰富经验积累的要求。既要熟悉厂房设计流程，又对计算程序与规范的把握到位是对此类综合性较高的项目的考验。五．结语：本文仅对重钢厂房的设计进行一些简单分析，介绍了结构平立面布置