大跨度工业厂房中悬挂吊车的门式刚架的应用

【摘 要】经济的发展促进了我国大跨度工业厂房的发展，作为我国工业建筑中最为主要的结构形式，门式钢架结构体系也凭借其适用性、经济性等优势成为众多大跨度工业厂房中刚架结构应用的首选。然而，在大跨度工业厂房建设过程中，由于缺乏足够的技术理论指导，使得门式刚架结构未能得到合理的设计和运用，还给企业带来很多不必要的麻烦。论文将结合工程实例，从门式刚架的选型与布置，节点设计方式以及施工安装等方面进行详细分析，重点探讨大跨度工业厂房中悬挂吊车的门式刚架是如何应用的。

【关键词】大跨度；工业厂房；悬挂吊车；门式刚架；应用

自我国《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》颁布和实施以来，大跨度的门式刚架结构在众多工业厂房中得到广泛应用。其平面布置灵活多变，不受模数限制，跨度大，自重轻，不仅抗震性能好，而且施工简便，安全度高，有效提高了工业化程度以及企业的综合经济效益。历经多年改革和发展，门式刚架结构也凭借其独有优势，在工业厂房等众多领域得到了广泛运用。然而，在实际使用过程中，由于大多数大跨度厂房建设中悬挂吊车所需的门式刚架跨度超过了传统规程中建议的适宜的最大跨度，超规程大跨度工业厂房建设中的门式钢架如何设计和构建，成为众多企业在建设大跨度厂房时所遇到的难题。因此，研究大跨度工业厂房中悬挂吊车的门式刚架如何应用这个问题是非常有必要的。本论文将从门式刚架的结构选型和布置，结合算例分析，陈列计算结果，以及此结构的节点设计和施工安装方式等几个方面逐一进行以下陈述。

1　结构选型和布置

我国门式刚架结构应用大约从20世纪80年代初期开始，历时二十多发展，门式刚架结构凭借自身显著的适用性与优越性，在众多刚架结构中脱颖而出。在大跨度工业厂房建设中，由于钢屋架要直接承受吊车的荷载，并且跨度一般都较大，因此门式刚架结构的选型非常重要，因为它直接关系到整个结构的安全和稳定，以及企业的综合经济效益。

1.1　结构选型

由于门式刚架结构的空间刚度和整体性能好，在成熟的理论支撑下，其安全度高，在满足抗震要求的同时，空间系统结构还能协调工作。在大跨度工业厂房中建设中，在满足安全构建，经济合理等原则条件外，一般以节约钢材为最主要参考依据。从结构设计方案来讲，一般是采用混凝土柱和短钢柱相结合的设计理念。这种设计方式，可以增强整个结构的刚度，还可以有效减小门式刚架的扰度以及刚截面的高度，从而节省用钢量。同时，因受混凝土柱较高的影响，一般在钢柱脚和混凝土柱间采用铰接方式连接，而在钢梁和钢柱间采用刚接方式连接，从而可以有效节省空间，同时减小柱截面，简化工程。

1.2　结构布置

在结构布置方面，在大跨度工业厂房中采用的门式刚架结构的跨度大，而且梁截面也高，因此为了增强门式钢架平面外的刚度，将吊车产生的水平刹车力等其他水平外力，以最短的途径传给基础，一般在房梁屋脊，钢梁两端以及吊杆处钢梁等位置设置H型钢刚性系杆促进支撑，从而缓解梁上直接承受的动力荷载；钢梁的平面外侧，则利用隅撑作为支撑，从而减小钢梁平面外的计算长度；在屋面、伸缩处、屋脊处设计中，采用封闭式圆钢水平作为支撑，而在屋面以及短钢柱所在的墙面则采用Z型冷弯薄壁型钢檀条的彩色压型钢板体系进行支撑；在边跨以及伸缩缝等地，要设置钢管所制的柱间支撑，来维持整个构架的平衡和稳定。

2　计算和分析

为避免门式刚架结构中的钢梁出现塑性铰，一般情况下，钢柱采用变截面H钢，钢梁采用等截面焊接H钢，　吊车水平力由吊杆之间的纵横垂直的刚架支撑和承受，因此在计算时，主要是考虑吊车产生在竖直方向直接承受吊车的动力荷载，利用SSDD软件进行有限元分析计算以及复核。根据不同柱距时的刚架、檩条、墙梁及支撑的含钢量，可计算得到不同柱距时的结构体系总用钢量，如下图所示：

从上述图表可以看出：随着门式刚架中柱距的增大，整体用钢量比率逐渐呈现递降趋势，并且随着柱距的增加，用钢量下降量幅度逐渐趋向于水平。此外，随着柱距的增加，墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑等方面的用钢量也会增加，并且檀条用钢量增加的幅度是其中最大的一项。

对于整个厂房的门式刚架的钢结构体系来说，柱距的高度还是整个钢结构体系总用钢量的关键因素，当柱距较小时，总用钢量可以得到一等程度的节省，并且这时候包括墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑在内的其他各个方面的用钢量只是相对较少的一部分。对于整个工业厂房的上部结构来说，墙梁、檩条、柱间支撑、屋面支撑等用钢量总体呈现先增加后减少的，而后增加的趋势，因此存在一个最优柱距，从图上可以看出，一般情况下最佳柱距为8M，但是也会根据具体情况以及结构体系要求作相应的调整和改变。

3　节点设计和施工安装

在大跨度厂房中悬挂吊车的大跨度门式刚架的设计过程中，由于扰度控制对整个结构起主导作用，因此在节点设计以及施工安装方面必须考结构形式的刚度以及扰度的大小。

3.1　“强节点，弱构件”的设计原则

节点设计是钢结构设计的重要环节和步骤，门式钢架中各个构件之间的内力是依靠节点来传递的。在整个构架中，节点设计合理性至关重要，因为它关系到整个结构的承载力，可靠性，以及整个刚架结构的可行性，甚至是安全性。

在门式刚架结构中，一般遵从“强节点，弱构件”的设计原则，最常用的节点连接方式为刚接，比如刚架主梁和刚架柱，以及刚架主梁和主梁之间，都是使用高强度的螺栓进行刚接，同时，吊杆与刚架主梁之间的节点连接方式也是一样，只是一般采用摩擦型高强螺栓进行刚接。在连接之前，还需要结合高强螺栓的总体使用数量，验算节点以及刚架结构的承载能力，一般以“四面焊接”的方式来增强节点的承受能力。

除了刚架主梁与刚架和主梁之间采用刚接方式外，在钢柱与混凝土之间则一般采用铰接方式连接，在大跨度工业厂房悬挂吊车门式刚架结构中，因受钢柱和混凝土本身属性和质地等因素影响，需要进一步增强节点的设计，一般采用8M至39M地脚螺栓进行强化连接。这种连接方式不仅使得整个门式刚架结构传力作用明确，结构体系更加安全可靠，而且还使施工更为方便。

3.2　施工安装

在大跨度工业厂房中，由于钢梁的截面高度一般都较高，因此，在门式刚架结构安装时，除保证整个安装过程简便而易于操作外，还需要确保刚架平面外稳定性。在吊装过程中，需要进行多次检查和校正，确保每一步骤的明确度和精准度。

在钢柱吊装完成后，还需要以简易的平面外施工支撑作为整个刚架结构的第二道防护。此外，为了保证整个门式刚架结构形成刚度较大的结构体系，待两榀刚架吊装工作以及校正工作完成之后，需要及时安装柱间支撑，屋面刚性系杆以及水平支撑部分并条，从而进一步保证整个刚架结构中各个部件的稳定以及整个施工过程的质量和安全。

经济的发展促进了我国大跨度工业厂房的发展，作为我国工业建筑中最为主要的结构形式，门式钢架结构体系也凭借其适用性、经济性等优势成为众多大跨度工业厂房中刚架结构应用的首选。总而言之，在大跨度工业厂房悬挂吊车的门式刚架设计中，前期的策划与理论设计是非常有必要的，而合理的结构选型是整个结构体系能否正常发挥其优势的关键。在大跨度门式刚架结构设计过程中，要尽量去减小扰度，在保持平面外稳定的同时，选用刚度较大的结构形式，才能使得整个门式刚架结构发挥其最佳工作状态。

参考文献：

[1]夏汉强.钢结构设计规范[J].中国计划出版社，2003.

[2]汪崖.门式刚架轻型房屋刚结构技术规程[J].中国计划出版社，2003.

[3]王永丰.大跨度超重吊车厂房结构体系选型的研究应用[J].中国建筑工业出版社，2010.