大跨度超高重型钢结构厂房结构设计研究

大跨度超高重型钢结构厂房结构设计研究

作者：徐盛华

来源：《城市建设理论研究》2013年第26期

【摘要】近几十年，我国工业、建筑业发展迅速，重工业的发展对大跨度超高重型钢结构厂房的兴建起到了很大的推动作用，大跨度超高重型钢结构厂房的出现不仅大大提高了生产者的工作效率，而且又反过来推动了建筑业的发展。高烈度抗震设防地区多层房屋在框架结构体系下，梁柱截面均较大，对空间使用及美观均有影响；如采用框架-抗震墙结构，可以减小梁柱截面，但造价及施工周期均比框架结构高及长。本文主要是对比两种结构形式，对比各自优缺点，并提出自己的观点，并对大跨度钢结构厂房梁柱等构件提出受力分析，提出构件在同时满足强度、变形、平面内、平面外稳定截面的试算与调整，并提出一些减小计算长度或增加稳定性的措施。

【关键词】大跨度超高重型结构厂房；结构设计；有效方案

Abstract ：In recent decades, China's industry, construction developed rapidly, the development of heavy industry super heavy on large-span steel plant construction has played a significant role in promoting large-span ultra heavy-duty steel plant has not only greatly producers improve work efficiency, and in turn, promote the construction industry. High-intensity multi-storey buildings in seismic regions frame structure system, the beam cross-section are larger, use of space and aesthetics are affected; such a framework - shear wall structure, you can reduce the beam cross-section, but the cost and construction period framework than high and long. In this paper, a comparison between the two structural forms, compared to the respective advantages and disadvantages, and put forward their views, and large-span steel beams and other components proposed plant stress analysis, proposed member at the same time meet the strength, deformation, plane, plane steady-sectional trial and adjustment, and make some decrease or increase the length of the stability calculation measures. Keywords： span ultra heavy-duty construction plant; structural design; effective programs 中图分类号：TU393.3 文章标识码：A 0.引言

因为钢结构形式不仅抗震性强，可选材料丰富，而且施工速度快，回收利用率高，所以，在大型建筑中，钢结构已经顺利取代了钢筋混凝土成为主要建筑材料。它不仅能够满足大吊车、大跨度的结构需要，而且还可以提供多样化的平面布局，因此，得到了很多消费者的认可，被迅速推广。大跨度重型钢结构厂房的设计要遵循周期短、成本低的原则，并能够对工程造价进行有效的控制。在建筑物功能、载荷能力、抗震能力等方面都要进行对比研究，从而拿出最佳的设计方案。

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1.大跨度超高重型钢结构厂房的结构组成

大跨度超高重型钢结构因为荷载较大，大多数都为单层厂房，根据承载作用，可以把它的结构分为吊车梁、屋盖、水平框架、纵向框架、墙架、支撑六大块，天窗架、柱、墙架梁、基础梁、托架等是它的构件组成[1]。由柱子和屋架构成的水平框架承担着厂房的竖向和横向荷载，是厂房的重要承重结构。吊车梁、托架、柱结构构成了纵向框架，纵向框架不仅要承担竖向荷载，还要承受地震、温度作用，并且确保厂房的刚度。托架、屋盖支撑、屋架、天窗架等构件构成了屋盖结构。吊车梁结构包括制动梁和吊车梁。屋盖支撑、柱间支撑、附加支撑构成了支撑结构，把各个平面框架连接成固定的空间体系，从而确保厂房的刚度和稳定能力是支撑结构的主要作用。由墙架梁和墙架柱组成的墙架结构主要是用来承担和传递墙体的重量的。 2.大跨度超高重型钢结构厂房的特征

大跨度超高重型钢结构厂房的结构特征主要有一下几点：一，用钢总量大，这种类型的厂房自身高度、跨度、柱距都比较大，结构构件重，上部荷载强度大、基础费用相对较高；二，轴网不规则，大跨度超高重型钢结构厂房柱距大部分都是10—12米，局部柱距高达25米，甚至还有可能更大；三，对结构刚度要求高。 3.结构设计 3.1抗风系统的设计

中国是风灾多发国家，风灾对钢结构厂房的破坏在沿海地区随处可见，或许对厂房没有造成毁灭性的打击，但是必须给予足够的重视。工厂所在地的风力风向，是厂房设计过程中必须考虑的问题，为了防止鼓风和吸风对厂房进行破坏，应该开设一些门窗洞口，对于容易遭到破坏的脆弱环节在设计过程中要进行特殊的抗风处理，增强厂房的抗风能力。大跨度超高重型钢结构厂房通常都比较高，遭受风打击的面积大，从而降低了建筑的整体刚度。在对厂房结构进行抗风设计的时候，用抗风柱当作竖向支撑点，增加一个水平梁当作中间铰支点，从而防止出现抗风柱截面过大的问题。 3.2肩梁的设计

作为连结和支撑吊车梁的关键部位，肩梁必须具有相当的刚度和强度。肩梁的连接方式可以分为两种，一种是把肩梁上盖板和柱腹板连接起来，另一种是在肩梁上直接焊接上段柱。 3.3变形控制设计

对于吊车轨顶位置的水平移位，在标准规范中有着严格要求，屋面的梁刚度不够的话，不仅会使得钢柱变成悬臂柱，位移就无法达到要求，而且还会扩大柱子的截面。普通厂房主要是使用彩钢板和实腹式梁，屋面不会出现严重的梁变形问题，对于大跨度超高重型钢结构厂房就

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要特别注意屋面钢梁的挠度问题，太过严格控制钢梁的挠度，有可能会造成很大的浪费。所以，要适度放宽钢梁挠度的设计指标。 3.4柱间支撑设计

为了确保大跨度超高重型钢结构厂房有承受风力、刹车荷载力、温度和地震作用的刚度，可以在厂房纵向方向安设上下柱支撑，在有下柱支撑的柱间安设四道上柱支撑，另外，加设两道上柱支撑在温度区段的两端[2]。在温度区段中间三分之一处安设两道下柱支撑，但因为有些地方基于工艺的要求，不能设置柱间支撑，所以可以将下柱支撑的位置做适当的调整。 4.大跨度超高重型钢结构厂房结构设计需要注意的事项 4.1吊车梁

对于吊车梁中间加劲肋板和上翼缘的焊接位置，钢结构设计规范和国际图集有不同的标准，国际图集采用的是焊缝，而钢结构设计规范则要求刨平顶紧后再进行焊接。笔者建议还是采用钢结构设计规范的规定，下端刨平顶紧后再进行焊接，上端坡口焊接。 4.2柱间支撑

根据受力程度和杆件的长短来决定是采用一拉一压杆设计还是采用单拉杆设计，当下，使用较多的还是单拉杆设计，就是不把缀条设计在前后片杆件中间，这样做主要是为了可以在前后片杆件中间穿插钢梯、走道、管道等。 4.3柱

在对柱截面进行选择的时候，应该首先考虑选择型钢格钩柱或是钢管混凝土柱，因为这两种柱经济实惠，在条件允许的情况下，还可以增添纵向系杆，用来缩小厂房柱的平面外计算长度，进而减少费用，实现经济利益最大化。 4.4铰接屋架对柱的影响

铰接屋架可以分为上承式和下承式。屋架底座传力好是上承式屋架的主要优点，上承式屋架不仅在安装的时候稳定性强，而且无需担心屋架受力后弦杆伸长的问题[3]。在竖向荷载的作用下，上弦的压缩变形可以对屋架下挠时支座发生的位移进行补偿。上承屋架底部到端节点中心的距离太长，导致对支座节点的偏心弯矩过大是上承式屋架的主要缺点，对于这一点，在设计的时候应该要给予重视。当然它也不是没有解决的办法，解决这个问题主要有两种途径：一，侧接法，让支座与柱顶相接，进而减少偏心弯矩；二，在对屋架杆件进行设计的时候，就要充分考虑从偏心弯矩的问题。下承式屋架上承式刚好相反。 5.结语

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国民经济发展迅速，传统的小型工业已经满足不了时代发展的需求，它的缺陷也日益明显，现代大型工业将其取代也是必然。除此之外，生产要求不断提高，大跨度超重型钢结构厂房也不断涌现，特别是在海洋工程、船舶、机械、冶金、沿海等建设项目中，对于大跨度超高重型钢结构厂房结构的设计也在不断成熟，中国幅员辽阔，建筑物的建造具有很大的地域差别，比如，气候、地质构造、抗震等都会对工程产生影响，所以在设计大跨度超高重型钢结构的时候，一定要根据当地实际情况，具体问题具体分析，只有这样才能设计出优秀的厂房结构。

较之于传统的结构体系，钢结构体系厂房优势显著：一，基础造价低；二，环保，对环境的破坏小；三，施工周期短；四，资金回收快；五，空间使用率高，方便加工修复；材料回收利用率高。所以，在大跨度超高重型钢结构厂房设计中，越来越多的采用钢结构体系。 【参考文献】

[1]关节，王月红. 重型双层钢结构厂房柱间支撑的工程设计浅析[J].工程设计与研究，2011,14（10）：123—124.

[2]王东，马彩红.钢结构支撑在某框架结构厂房抗震加固设计中的应用[J].甘肃科技纵横，2009,17（23）：245—247.

[3]张小丽，徐小庆.上海电机厂重大吊装工程600t桥吊露天车间结构设计介绍[J].建筑钢结构进展，2010,25（11）：678—679.