钢结构厂房设计及选型

摘要：随着我国工业经济的飞速发展，各行业厂房设计向着大跨度、大柱距和大吨位方向发展。由于钢结构建筑具有自重轻、承载力强的特点，在大型工业厂房建设中得到了广

泛应用。本文通过分析大型钢结构工业厂房常用的几种结构体系，以某工程为例，针对钢结构的内力设计、节点设计及应用轧制H 型钢设计中的相关问题进行探讨，以期通过本文

的阐述对促进大型钢结构工业厂房建设提供理论参考。

关键字：钢结构厂房

Abstract: with the rapid economic development of our country industry, factory to design various industries large span and large column spacing and the load direction. As the steel structure building has light weight bearing capacity, the characteristics of strong, in large industrial plants has been widely applied in the construction. In this article, through the analysis of large-scale structural steelwork industrial plant commonly used several structure system, and to a project as an example, this paper of the internal force redistribution of the steel structure design, design and application of the node H steel rolling in the design of related problems are discussed, in order to promote the through this paper paper of large steel structure industry plant construction to provide the theory reference.

Key word: steel structure plant

中图分类号：[U260.8+1]文献标识码：A 文章编号：

随着社会的发展，技术的进步, 在工业厂房的设计中，钢结构凭借它具有自重轻、造价低、施工周期短、工厂化程度高、现场工作量小、可回收绿色环保、综合效益高等优点，已经成为一种重要的结构形式。本文就结合某工程实例对钢结构厂房的设计阐述一些设计体会。

某工程平面尺寸：横向325m，纵向24+15=39m，檐高17.8m.24米跨间内设50t/10+32/5t（A5）级桥式吊车，15米跨间内设16/3.2t+10t吊车，轻型彩钢屋面，夹芯板外墙。

一、结构方案设计

厂房结构方案的选择主要根据房屋建筑功能、使用环境、满足工艺流程、施工技术条件及技术经济分析等方面综合考虑确定的。厂房按材料分为钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构，结合本工程考虑到钢筋混凝土结构自重大、地震力大及施工周期长而砌体结构一般适用于跨度在12米以内，故应优先选采用钢结构做为主要材料。该工程为双跨单层工业厂房，又由于本厂房横向长，纵向短，且吊车吨位大，所以采用钢排架结构体系。现行方案的主要优点是结构轻盈、经济性好。制造和安装周期短，造价较低，外形和内部都较为美观，符合建设单位要求，因而得以实施。

二、钢排架柱网尺寸的选择及结构体系的布置问题

钢排架柱网布置首先应满足厂房工艺使用的要求，钢排架间距通常为6m~9m，根据以往的设计经验并同时考虑经济因素，采用9米的柱距。因为工程中构件数量的多少，将直接影响加工、安装的工程量、施工进度及造价，一个工程采用9m 柱距时的刚架、檩条、吊车梁等构件的数量要比采用6m 柱距时约减少30%，虽然其截面有所增大，但其对缩短

施工周期、降低工程造价的有利影响十分明显。

根据《钢结构设计规范》第8.1.5条，在不考虑温度应力和温度变形的影响，结构的纵向温度区段长度不大于220m，结构的横向温度区段长度不大于120m,本厂房的长度是325m，超出了100m,结合规范及当地气候条件，将厂房纵向设置一道伸缩缝，横向不设置伸缩缝，将厂房划分为两个温度区段。伸缩缝的设置除满足规范要求外还有考虑到下部基础设计要求，避免发生伸缩缝处结构自身碰撞。

整个厂房的结构体系横向由钢排架和屋面支撑体系，纵向由柱间支撑和刚性系杆及吊车梁组成。

（一）钢排架柱的设计

钢结构厂房柱的形式有两种，即：实腹式和格构式。实腹式柱用于跨度小，柱高度低，荷载轻的厂房，截面形式为对称焊接H型钢；格构式柱用于跨度大，高度高且受荷大的厂房柱，因此本厂房24m跨柱采用格构式柱，而相邻15m跨采用焊接H型钢

（二）支撑布置

屋面支撑的布置：横向支撑按照常规的布置要求在伸缩缝的区间内共设置四道，第一道和第四道支撑布置在建筑的两端；中间间隔4 个-5个开间设一道；纵向支撑设置在格构式刚架柱左右两边的第一个抗风柱间，通长设置；设置纵向支撑的目的是考虑到该跨度厂房高度高、吊车吨位大以使屋面形成整体结构。所有支撑都是采用型钢制成的柔性支撑，不设置屋面支撑的柱间设置刚性系杆。

柱间支撑的布置：低跨由于有吊车在吊车梁处设置上下两端柱间支撑，中间跨由于承受两层吊车柱间支撑分三段布置，第三层(即最上面的)支撑的布置位置和间距同屋面横向

支撑对应，第二层和第一层布置在靠近每个伸缩单元的中间，即和屋面横向支撑中间位置的两道支撑对应布置。

三、结构计算

经过上面的结构布置后，结构完全简化为平面形式，可以利用平面结构计算软件对结构进行分析计算。本项目采用PKPM 系列中的钢结构排架设计程序。屋面活荷载的取值：根据《钢结构设计规范》3.2.1 条和《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》3.2.2 条的规定，可以取0.3kN/m2。屋面恒荷载的取值：屋面采用连续C 型檩条支撑单层屋面彩钢板，计算屋面檩条后，取0.5kN/m2。吊车荷载的取值：50t 吊车可以直接采用PK 程序里面的数据，32t吊车的荷载可以直接采用PK 程序里面的数据风荷载按照荷载规范要求取值；地震荷载根据抗震荷载规范要求采用。

经过计算得到刚架柱顶的位移在风荷载和吊车荷载单独作用下的最大位移值分别为1/1 172 和1/2663，皆满足《钢结构设计规范》的要求。屋面钢梁平面外的计算长度在没有按照《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》6.1.6条的规定取值时，其平面外的应力比超过允许值1.0 很多；当按照6.1.6 条的要求设定平面外的计算长度时，平面外的应力比不超过1.0，满足要求。此时需要特别注意在绘图纸时每间隔一根檩条必须布置一道檩条隅撑，这样才和计算的假定条件吻合。

牛腿的构造采用肩梁式，格构柱脚结构采用埋入式柱脚，实腹式钢柱柱脚采用外露式柱脚。

结束语

随着工业的发展，钢结构工业厂房应用必将越来越广泛。钢框架设计必须采取合适的构件截面型式、稳定的支承、合理的节点设计才能满足工业的要求。本文对大型钢排架工业厂房设计进行了简单分析，随着应用的增多，钢结构设计也必将会日趋完善。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。