煤炭工程２０１１年第１０期钢结构厂房设计体会杨军（中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司，北京１００１２０）摘要：简要介绍了钢结构厂房的方案选择、概念设计和受力机理，以及钢结构厂房相对于传统工业厂房结构型式的优势；着重分析了屋盖支撑、柱间支撑在结构体系中的重要作用；并通过工程实例，重点分析了基础、柱脚、牛腿处系杆、屋架等设计要点，对钢结构厂房的设计提供了一个比较清晰的整体概念和设计思路。关键词：钢结构厂房；支撑；基础；柱脚；系杆；屋架中图分类号：ＴＵ３９１文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１—０９５９（２０１１）１０－００２４－０２自进入２０世纪９０年代以来，我国钢结构建筑的发展十分迅速，作为一名设计人员，做了大量的设计，也亲历了煤矿地面建筑的发展历程，深刻体会到钢结构厂房相对于传统厂房结构形式的优越性，推广钢结构形式和提高钢结构设计水平已显得相当重要。文章以塔然高勒矿井综采设备库的设计阐述了一些设计体会。该综采设备库为大跨度厂房，跨度为２４ｍ，两跨，柱距为６ｍ，房尾内设５０／１０ｔ中级（Ａ５）桥式吊车，吊车轨顶标志标高为９．０ｍ，柱顶标高为１２．０２０ｍ，轻型钢屋面和夹芯板外墙。２概念设计和受力机理在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”。结构的布置要根据体系特征、荷载分布情况及荷载类型等综合考虑。尽量做到刚度均匀，力学模型清楚，尽可能让荷载作用沿着最直接的线路传递到基础，柱间抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽萤靠近侧向力的作用线，否则应考虑结构的扭转，结构的抗侧体系应有多道防线。笔者通过规范规程的学习，在做了大量设计的基础上，深刻体会到钢结构支撑在结构体系中的重要作用，现总结如下：支撑的作用从整体而言主要是：保证厂房结构的纵向及横向水平刚度，并将平面结构联结成整体空间结构，增强厂房的整体稳定和空间刚度。传递某些局部水平荷载（如纵向风荷载、吊车纵向制动力等）到主要承重结构构件。在施工和使用阶段，保证结构构件的稳定性。单层厂房支撑分屋盖支撑和柱问支撑两类，分述如下：ｌ方案选择厂房一般有以下几种结构形式：砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构。砌体结构跨度一般在１２ｍ以下；钢筋混凝土结构自重大，地震力也大，施工工期长；而钢结构厂房相比有以下优点：１）自重轻，抗震性能好。采用高效轻型薄壁型材，构件截面特性优良，相对承载力高，受力性能良好，整体刚度大，抗震性能好，减轻结构重量，降低基础费用。２）供货迅速，安装方便，可以比混凝土结构至少缩短一半工期。在当前贷款利率高的金融形式下，早投产，早回收投资，这对于降低工程总造价，增加投资效益幅度是十分重要的。３）干法施工，装备化程度高，建设快速，高效，质量有保证。４）轻钢结构在生产和使用的过程中能源与原材料消耗低，建筑垃圾少，粉尘少，噪音低，具有很高的可重复使用性和可循环性，因此是一种绿色环保结构。由于本厂房跨度较大，桥式中吊车吨位较高，考虑到钢排架对地基沉降的敏感程度较小等特点，所以选用了钢排架的结构形式。收稿日期：２０１１—０１—１２２．１屋盖支撑屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑及系杆等。１）横向水平支撑。上弦横向水平支撑的作用是：构成刚性框，增强屋盖的整体刚度，保证屋架上弦的侧向稳定，同时将山墙抗风柱传来的风力传递到排架柱。下弦横向水平支撑的作用是：当屋架下弦设有悬挂吊车或其他设备产生水平力时，或当抗风柱与屋架下弦连接，抗风柱风力传至下弦时，能保证水平力或风力传至排架柱。２）屋架间的垂直支撑及水平系杆。垂直支撑和下弦水平系杆的作用是保证屋架的整体稳定（抗倾覆）以及防止在吊车工作时（或有其他振动时）屋架下弦的侧向颤动。上弦水平系杆则用以保证屋架上弦受压翼缘的侧向稳定（防止局作者简介：杨军（１９７３一），男，山东滕州人，高级工程师，１９９５年毕业于中国矿业大学工民建专业，现任北京华宇工程有限公司矿山二所副所长。万方数据２０１１年第１０期煤炭工程部失稳）。３）尾面梁（屋架）闯的纵向水平支撑。下弦纵向水平支撑的作用是：保证横向水平力的纵向分布，增强排架的空问Ｔ作，提高厂房刚度。设计时应根据厂房跨度、跨数和高度，尾盖承重结构方案，吊车起重量及工作制等因素考虑在下弦平面靠近支座端部节间中设置。如厂房设有横向水平支撑时，则纵向水平支撑应尽可能同横向水平支撑形成封闭的支撑体系。当厂房设有托架时必须设置纵向水平支撑。如果只在部分柱问设有托架，则必须在设有托架的柱间和两端相邻的一个柱间设置纵向水平支撑，以承受屋架传来的横向风力。２．２柱间支撑柱间支撑的作用是：提高厂房的纵向刚度和稳定性；把吊车纵向制动力和山墙抗风柱经屋盖系统传来的风力（或纵向地震力）再经柱间支撑传给基础。对于有吊车的厂房，柱间支撑分上部和下部两种，前者位于吊车梁上部，用以承受作用在山墙上的风力并保证厂房上部的纵向刚度；后者位于吊车梁下部，承受上部支撑传来的力和吊车梁传来的吊车纵向制动力，并把它们传至基础。３设计计算按排架结构进行计算，有几个设计要点需要注意：１）基础。除发生冲切、剪切破坏之外，还存在较大的弯矩作用。从而导致基础产牛倾覆和滑移破坏。在风荷载较大的情况下，特别对于一些敞开和半敞开的结构，轻钢结构自重很轻，有可能不足于抵抗风荷载产生的上拔力，导致基础上拔破坏。为了防止这些破坏的发生，最经济有效的办法是增加基础埋深，对于轻钢结构基础，还须预埋地脚螺栓，用于Ｊ：部结构和基础的连接，若锚栓离混凝土基础边缘太近，会产生基础劈裂破坏，因此，锚栓离基础边缘的距离不得小于１５０ｒａｍ。若锚栓长度过短，会使锚栓从基础中拔出，导致基础破坏，所以规范也规定了锚栓埋入长度。２）柱脚。柱脚为刚性固定连接，刚性同定连接分为三种形式：露ｆ｛ｊ式柱脚、埋入式柱脚、包脚式柱脚，本设计采用了露出式柱脚即靴式柱脚，在设计手册中有详细的计算过程，可以做到精确计算，对于跨度较大，吊车荷载吨位较高的情况，认为采用埋入式更为合适，对提高和确保钢柱脚和钢筋混凝土基础或基础梁的组合效应和整体刚度有利。３）牛腿处设钢系杆。下柱截面高度为１１００ｒａｍ，吊车梁与牛腿连接距下柱形心距离偏心太大，不能保证柱的侧向稳定．所以在牛腿标高处增设钢系杆，以减小柱的计算长度，以防柱失稳，计算时考虑与吊车梁共同传递纵向水平力，同时作为排架柱的侧向支撑点。钢系杆截面计算如下：当支撑杆位于距柱端ａ。处时（Ｏ＜ａ＜１），万方数据忙被撑构件的最大轴心压力。ｎ＝葡而Ｎ式中２５０７５０１２００Ｌ／：＼，ｙ９牛腿１０．０９５／ＧＸＧ为钢ｏ管Ｄｉ５２ｘ５●ｎ、ｏ一。２５０，８５０图１钢系杆布置图４）屋架。对于具体工程，屋架设计时应考虑到排架柱对屋架下弦产生的附加拉力或压力，以及在吊车荷载设计值和永久荷载标准值组合下下弦杆是否受压，如受压时其长细比不宜超过２００，根据具体情况对下弦杆进行强度和稳定性验算。当风荷载较大，屋架下弦杆在永久荷载标准值和风吸力荷载设计值共同作用下受压时，为满足Ａ≤２００。可加密下弦系杆。４结语塔然高勒矿井综采设备库工程施工过程中，基础施工完毕正好碰上冬季施工，已经不具备混凝土结构施工的条件，但安装上部钢结构仍可正常进行，真正体现了钢结构施丁的优势。该工程建成后，以其典雅挺拔的线条，明快亮丽的配色，轻盈舒展的结构造型，开阔敞亮的使用空间。获得了业主的一致好评。今后，随着钢结构设计和施工技术的１３益成熟，钢结构建筑必将得到更大发展。设计师也要与时俱进，把握时代脉搏，掌握钢结构设计的新理念，做出更经济、更合理、更低碳环保的钢结构设计。参考文献：［１］ＧＢ５００１７—２００３，钢结构设计规范【ｓ］．［２３李星荣，等．钢结构连接节点设计手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１１．［３］徐岩峰，吴春华．门式钢架轻型房屋钢结构设计的探索［Ｊ］．林业科技情报，２００９，４１（２）．［４］李晓东，魏公敬．门式刚架轻型房屋钢结构设计要点的探讨［Ｊ】．甘肃科技，２００５，（１０）．［５］谭健，谭强．关于轻钢结构多层房屋的分析［Ｊ］．黑龙江科技信息，２０１３９，（１４），［６］吕军辉．门式刚架轻型钢结构设计施工中应注意的问题［Ｊ］．Ｉｌ｜西建筑，２００５，３１（２２）：７０－７１．［７３肖晖．谈谈建筑的钢结构设计［Ｊ］．中国新技术新产品。２０１０，（２）．（责任编辑章新敏）钢结构厂房设计体会
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
杨军
中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司,北京,100120煤炭工程
Coal Engineering2011(10)
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