大吨位吊车工业厂房的不同结构体系的对比分析

【摘要】 在带有大吨位吊车的钢结构厂房的结构设计中,如何正确理解规范并合理选择结构体系，保证结构设计的合理与经济性，是设计人员认真解决的问题。

【关键词】工业厂房，门式刚架， 分析比较 ，结构体系

【 abstract 】 with large tonnage crane in the steel structure plant structure design, how to correctly understand the standard and reasonable choice structure system, ensure the structure design of the reasonable and economy, it is design personnel earnestly solve problems.

【 key words 】 industrial workshop, the door frame, the analysis and comparison, the structure system

中图分类号：DF412文献标识码：A 文章编号：

一、概述

随着我国经济建设的讯速发展，由于中小企业的不断壮大和生产的需要，钢结构因其施工方便、速度快，自重小，开间大和跨度大（可以自由调整）等特点，采用钢结构厂房已是许多企业和甲方的首选。近年来钢结构门式刚架厂房已广泛应用于大吨位、大跨度，工艺复杂的厂房。就我公司而言，近两年来接触较多的有：变压器厂房、造船厂、冶金厂房等。面对此种结构，选择合理的结构形式和采用合理的规范就相当重要，在结构安全的前提下，做到最经济。

前几年，一般的工业厂房采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》基本都能适用，但是现在一些工程往往会因为工艺，生产需要等原因会超出《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的适用范围，所以如果直接采用《钢结构设计规范》的话，结构用钢量就会大大提高，不尽合理，也不经济；又如果是一味地控制用钢量而在没有理论依据的前担下，采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行设计就可能造成结构安全度的降低，不能“好钢用在刀刃上”。所以此时设计人员就必需要具体工程具体分析，让结构体系合理，使工程造价经济。

基于现阶段的这种情况，我们就要寻找一条将《钢结构设计规范》和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（以下简称《钢规》 、《门钢》 ）结合起来的设计思路，进行大吨位吊车重型钢结构厂房的轻型化设计，现我们结合一个工程实例加以讨论，以供参考。

二、工程概况

本工程为某铝业有限公司的冷轧车间，长385米，宽169米，柱距12米，共7跨，分别为（21米+27米*2跨+32米+30米*2跨+24米）共两个屋脊。在E轴处设伸缩缝，将车间分为两个区域，A～D轴为轻钢厂房，每跨设2台5T或2台10吨吊车，E～J轴为重钢区，每跨设40T～100T两台吊车，此车间总建筑面种积为67765.65平方米，为典型的单层钢结构厂房，总高度为21.3米，屋面板采用单层压型钢板，局部设采光带，现重点讨论

（E～J轴）详见（图一）

（ 图一） E～J轴为重钢区剖面图

三、控制标准确定

本工程结构布置为开间12米、跨度（32m+30m+30m+24m）的四跨单脊双坡的钢结构厂房，经过对整个工程的分析并结合规范认为可以按照《钢规》控制刚架柱侧移和吊车梁变形，刚架梁和维护结构的变形则偏向按《门钢》控制的基础上可稍加提高。具体如下：

1、40T、50T、100T吊车均超过了《门钢》的适用范围，故在设计主刚架时柱顶位移按《钢规》的要求1/400控制，且用《钢规》控制柱子的高厚比和长细比。

2、虽然吊车吨位较大，但屋面板和墙面板均采用了自重较轻的彩钢板，如按《钢规》的1/400控制，就过于保守；但考虑到吊车吨位较大，如按《门钢》的1/180控制屋面钢梁刚度过小，挠度过大，对整体结构刚度的影响不合理，综合以上二个因素，我们刚架梁挠度按1/250梁跨来控制，既保证安全又有一定经济性的措施。

3、屋面钢梁按《门钢》验算，而钢柱按《钢规》定义计算。

四、钢柱截面形式和结构选型及计算分析

根据柱距、跨度、和吊车吨位情况，此工程都比较大，故中柱（F轴G轴H轴）采用构格式柱子，边柱E轴采用H钢柱，J轴则采用异型柱。梁柱节点形式有3种选择：

第一种：刚架梁柱节点全剖做成铰接（即铰接排架结构）

第二种：刚架梁柱节点全剖做成刚接（即刚接排架结构）

第三种：E-F、H-J跨采用刚结，F-H跨采用铰接

针对上述三种结构体系，我们就具体工程实例进行分析比较。现我们将E～J轴取出来做为计算单元，且钢柱按左风，右风均存在计算比较（这样更具有通用性）

工程荷载情况如下：

抗震设防烈度：6度，设计基本地震加速度：0.05g，2类场地，

设计地震分组：第一组

荷载取值：

屋面恒载：0.40KN/m2 屋面活载：0.35KN/m2(刚架)

悬挂荷载：0.02KN/m2 0.50KN/m2(檩条)

风载：0.55KN/m2 雪载：0.35KN/m2：

计算软件：软件采用中国建筑科学研究院－PKPM计算软件STS、STPJ（2008版）。

从对比表中可以看出，第二种形式刚架梁柱刚接不但整体性好、应力比和挠度也明显小，还因梁端刚接减小厂房梁截面高度，因而减少了用钢量。其原因一：把梁柱铰接改为刚结以后，钢梁端部就承担了很大一部弯矩，从而减少了梁跨中弯矩，自然应力比也就明显下降。边柱上柱因产生了弯矩应力加大，下柱负弯矩有小幅增加，但正弯矩大大减小，柱子的应力和稳定均有所减小。中柱情况和边柱相情基本相同，但总体是刚结后稳定性增强。原因二：梁柱刚结后，根据结构力学知识可知，两端固接梁的挠度系数1/384）明显小于两端简支梁的挠度系数（5/384），由此可见，在其它条件相同时，固端梁的刚度是简支梁的5倍。所以相同截面高度情况下挠度自然大大地减小了。因此第一跨如采用铰接的连接方式，跨中挠度会很大，而对第一跨而言，应力比一般很小，往往是挠度起控制作用的，故对这样的工程而验言刚接比铰接更合理。即第二种，第三种连接方式更好一些，至于中间跨是不是也可以采用铰接，大家可以根据具体工程再作选择，如中间跨挠度已较小的话，也可以考虑采用铰接，必尽对连接节点和施工而言较方便一些。

小结：

通过该工程的计算分析，本人认为虽然这三种连接形式都是现在常用的做法，但通过计算分析，我们要选择适合具体工程的连接方式，所以对一个现代工业厂房的钢结构设计，不仅仅要满足其受力安全和使用要求，还应精心比较，选择合理的结构形式，这样不但施工方便，还能将低造价。

【参考文献】

（1）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006年版））

（2）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

（3）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102:2002）

（4）沈祖炎等著，钢结构学，中国建筑工业出版社，2004

（5）结构概念和体系（第二版）

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。