中铁上海设计院集团有限公司 200070
摘要：本文主要通过工程实例, 阐述了一般轻钢结构厂房的结构分析、节点设计、支撑体系、刚架柱脚及檩条设计方法, 表明轻钢结构在厂房中的应用有其优越性。
关键词：厂房；轻钢结构；设计
1项目概况
上铁芜湖III型轨道板厂生产基地位于芜湖市鸠江区沈巷镇境内，地处芜湖市、马鞍山两市及无为县、和县、含山县三县交界处。该项目是上海铁路局联合路内外多家企业建成的全国最大高铁III型轨道板生产基地，该项目一期投资约1.2亿元，年生产能力达6万块，总占地面积354.4亩。主要由一个大跨度钢结构生产厂房、两处存板场及相关配套附属设施组成。
2厂房结构形式
一期厂房总面积为29479.1㎡，厂房纵向长度为346m，作为两条台座法生产线生产场地，内部格局分为3连跨，跨度分别为27米、30米、27米，其中两侧27米跨分别为2条台座生产线，中间30米跨为备料区，最大程度同时满足两侧生产线的钢筋备料及绑扎加工，彼此无不干扰，又相互连通，并有主要的对外通道；柱距7.5米，厂房高度12.1米，内部分段设置8台16吨双梁桥式吊车及8台10吨双梁桥式吊车，以满足钢筋笼的吊装及轨道板在厂房内的蒸养及水养的运输；综合工艺流程，采用三跨门式刚架轻钢结构形式，屋面采用压型钢板复合保温屋面板，并设置采光带，内天沟采用虹吸排水，外天沟采用重力式排水，不仅轻巧、采光好、施工周期短、自重轻，综合经济效益高；
3荷载取值
（1）恒载。考虑双层彩板及檩条自重取0.3kN/m2 , 国外一般要考虑0.15～0.50kN/m2的附加荷载；本设计考虑悬挂附加永久物体的重量,主要为电力、暖通设备管线和建筑吊顶的需要,一并按恒载考虑取0.3kN/m2 ,总计按恒载为0.6kN/m2考虑。
（2）活载。屋面均布活荷载标准值为0.50kN/m2 ,基本雪压0.40kN/m2 ,二者取其大者。
（3）风载。基本风压为0.5kN/m2 。
（4）吊车荷载。吊车荷载考虑多台吊车的组合,计算吊车竖向荷载时, 对一层吊车单跨厂房的每个排架, 参与组合的吊车台数不宜多于2台, 对一层吊车的多跨厂房的每个排架, 参与组合的吊车台数不宜多于4台。计算吊车水平荷载, 对单跨或多跨厂房的每个排架, 参与组合的吊车台数不应多于2台。吊车竖向荷载标准值, 应采用吊车最大轮压或最小轮压, 单台吊车的最大轮压Pmax或最小轮压Pmin由吊车样本给出, 有的吊车样本只有最大轮压Pmax, 此时最小轮压Pmin =(G+g+Q)/2-Pmax。式中, G为大车自重标准值；g为小车自重标准值。在每跨内考虑2台吊车的最不利轮位布置, 利用影响线求出最大轮压Dmax和最小轮压Dmin 。
吊车横向水平荷载标准值, 取小车重量与额定起重量之和的百分数, 等分于桥架两端, 与轨道方向垂直, 并考虑正反两方向的刹车情况, 同时应考虑2台吊车的组合。吊车纵向水平荷载标准值, 其方向与轨道方向一致, 由吊车梁支座处下翼缘与柱子的连接来承受并传递到柱间下部支撑中, 在吊车梁内引起的轴向力和偏心力矩可忽略不计。
4刚架的节点设计
端板连接是轻钢门式刚架中梁柱连接和拼接节点的主要方式, 是利用构件端部焊接端板与另一构件的端板或柱翼缘连接的节点形式, 它是一种抗弯连接, 是刚接节点, 其传递弯矩的能力与端板厚度、螺栓直径和布置等有很大关系。端板连接处高强度螺栓承受组合轴向力和剪力, 高强螺栓的计算中将端板视为刚性转动的平面, 螺栓群受力呈现三角形分布, 承受最大拉力的是受拉翼缘内侧的第一排螺栓。端板连接通常有外伸式和平齐式两种。本设计梁柱连接和拼接节点采用外伸式端板连接, 端板伸出梁受拉翼缘, 采用端板竖放的形式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆高强螺栓采用国标10.9级摩擦型, 接合面喷砂后涂无机富锌漆,要求摩擦因数不小于0.4。螺栓的布置在满足受力要求的同时, 考虑到连接质量、材料性能等情况, 应留有一定的富余, 保证足够的安全度。为保证节点的刚度, 截面中部螺栓间距不宜太大。螺栓中心至翼缘板表面的距离, 应满足拧紧螺栓时的施工要求。高强螺栓的施工大都采用电动扳手, 不同规格、不同类别的高强螺栓所需要的安装间距基本相同, 若间距过小,不便于使用电动扳手进行操作。为方便施工设计中取为60mm, 较规范规定的35mm为宜。
5支撑的设置
支撑体系是钢结构厂房的重要组成部分。该支撑体系包括刚性系杆、屋盖支撑、柱间支撑和隅撑。
(1)刚性系杆。在刚架转折处(柱顶、屋脊)沿房屋全长设置刚性系杆。本工程设计刚性系杆用89×4的圆钢管。
(2)屋盖支撑。在柱间支撑的开间相应设置屋盖横向支撑, 在设有驾驶室且起重量大于15t的桥式吊车的跨间, 应在屋盖边缘设纵向支撑, 屋盖支撑用27的圆钢。
(3)柱间支撑。一般做成交叉支撑, 下柱有门洞时, 不允许设交叉支撑, 改设人字撑, 柱间支撑夹角30°～60°。有吊车时下柱支撑ZC3用双角钢, 上柱支撑ZC2用单角钢；无吊车时柱间支撑用φ27圆钢张紧。
6柱脚的设计
钢结构柱脚分露出式柱脚和埋入式(或插入式)柱脚。埋入式(或插入式)柱脚为刚接, 其内力(包括竖向力、水平力和弯矩)均由钢筋混凝土基础直接承受, 钢柱底脚埋入(插入)深度需满足锚固长度要求,露出式柱脚具有维修安装方便、建设速度快等优点, 因此在轻钢结构中常被采用。露出式柱脚分铰接柱脚和刚接柱脚两种。本工程中无吊车的刚架柱和抗风柱采用平板式铰接柱脚, 有桥式吊车的刚架柱采用带加劲肋的刚接柱脚。
柱脚底板的厚度和面积大小由计算确定。柱脚锚栓采用Q235或Q345制作,本工程采用Q235锚栓。柱脚锚栓承受刚架柱弯矩在柱脚底板与基础间的拉力, 同时作为安装过程中的临时固定之用。锚栓的直径由计算确定, 同时按构造不宜小于24mm。计算柱脚锚栓的受拉承载力时, 应该采用螺纹处的有效截面面积。
我国规范规定柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力, 此水平剪力可由底板与混凝土基础间的摩擦力(摩擦因数取0.40)地震区设置抗剪件承受。在本工程中采用Ⅰ 28b工字钢, 其长度为180mm, 垂直焊接于柱底板的底面, 在基础表面预留槽以便安装时将其插入, 最后进行二次灌浆。需要注意的是在工程中常设基础梁,此时基础表面预留槽要避开基础梁中的贯通钢筋。有的工程中习惯于将抗剪件做成2块厚度很大的钢板焊成十字形。
7 隅撑的设置
隅撑的作用是保证刚架斜梁受压下翼缘和刚架柱受压翼缘的出平面稳定,对结构安全很重要。研究表明, 门式刚架的破坏和倒塌在很多情况下是由受压最大的翼缘屈曲引起的,而斜梁下翼缘与刚架柱内翼缘连接处受压, 应力较大, 是出现屈曲的关键部位, 是结构的关键部位, 在该处附近设置隅撑很重要。因此《CECS102:2002》规程规定“在檐口位置、刚架斜梁与刚架柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处, 应各设置一道隅撑”, 就是为了确保该处的稳定性。
在刚架柱内侧翼缘的受压区, 至少在靠近斜梁连接端下部应设置隅撑, 其他处视柱子高度和内侧翼缘受压情况决定隅撑的设置。当柱高较大时, 要求分段进行平面外稳定计算, 一道隅撑通常是不够的, 此时应设几道隅撑。
8结束语
轻钢结构体系由于用钢量少, 安装设计时间短, 工业化生产程度高, 因此在现代建筑, 特别是厂房、仓库等大跨度结构中得到更广泛的应用。
参考文献
[1]郭秀玲.浅谈钢结构厂房工程施工质量的控制[A].天津建材（2009年第3期 总第147期）[C].2009
[2]李路川.某钢结构厂房分析与设计[A].第十六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C]. 2016.
论文作者:孟延莉
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/4
标签：吊车论文; 荷载论文; 螺栓论文; 厂房论文; 组合论文; 结构论文; 节点论文; 《基层建设》2016年27期论文;