摘要：鋼結構結構形式能充分利用鋼材強度高、延展性好的優(yōu)點，由專業(yè)廠家加工制作，施工吊裝安裝快捷，施工現(xiàn)場整潔干凈，施工周期短，于是在各行各業(yè)涌現(xiàn)出了一批批鋼結構廠房。本文根據已完成的不同類型重型鋼結構廠房，就大中型普鋼廠房進行了結構選型的綜合分析，總結了重型鋼結構廠房的結構設計基本要則。
關鍵詞：重型鋼結構結構選型
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
前言
常見的重型工業(yè)鋼結構廠房的結構形式是多種多樣的, 任何形式的廠房鋼結構只有按照正確的施工方法進行施工, 才能保證鋼結構廠房安裝精度。由于鋼結構能更好地實現(xiàn)大跨度、大柱距、大吊車的結構布局，所以能滿足多樣化的工藝平面布局要求，加上鋼結構廠房可采用輕質圍護結構，故而此類結構受到了更多用戶的青睞，被更廣泛地推廣到各行各業(yè)。
本文主要就典型重型廠房進行設計的例證，總結此類項目的基本設計要則，以更好地縮短設計周期，降低設計人為成本，在結構方案上合理化控制工程造價，實現(xiàn)工業(yè)項目的人性化設計。設計時應以滿足平面工藝布局、建筑物使用功能、室內外綜合公用管道空間布設為前提，根據各地不同的自然條件，如風雪荷載、抗震設防等進行方案對比分析。
1、結構平面布局選型方面：
經濟合理的結構布局往往以合理的結構單元劃分為前提。結構單元的劃分基本考慮因素有如下幾項：工藝布局、吊車設置、建筑物平面投影尺寸等。
（1）結構單元平面尺寸基本要求：在滿足生產工藝布局、人流入口、貨流入口、參觀通道等要求前提下，重型鋼結構廠房結構單元經濟控制尺寸基本為長度方向總尺寸不超過220 米，跨度方向不超過150m。
�。�2）能歸并為一個結構單元的吊車使用要求：盡量使軌高差異不大，檐口高度或剛架端部下沿高度在12m 以上的合并為一個單元進行計算。因為， 鑒于輕鋼規(guī)程（CECS 102:2002） 的使用范圍，沒有必要將輕重吊車合并為一個單元進行計算。如果主跨為大噸位吊車，附跨為輕型吊車，設計時應盡量合理分配結構單元。在保證主跨橫向剛度足夠抵抗側向風荷載、地震力的前提下，公共軸處建議設雙柱，總結原因主要有兩個：（1）設雙柱能合理利用輕鋼規(guī)程與鋼結構規(guī)范的相關控制指標，根據地震力是否是控制指標，合理選擇鋼柱鋼梁的腹板及翼緣的寬厚比及高厚比限值，不再是附跨技術指標從屬主跨，將各項設計指標均從嚴控制，會造成不必要的浪費。（2）主附跨公共軸處一般均為高大型防火隔墻，此類墻體貼砌在主跨鋼柱外側，若不脫縫，則雙柱合一，這樣為保證公共柱兩側的吊車安全運行距離，則必然會增大廠房橫向尺寸，公共柱往往成為三階柱，柱截面三段變化，柱截面加工焊接量較大。另外，此處公共隔墻也會出現(xiàn)三段式設計，其豎向呈"Z" 字型，墻體構造及安裝困難，重型吊車的制動系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)安裝也會非常困難。
（3）投影尺寸以矩形或方形為主的可化為一個結構單元。若出現(xiàn)長向端部局部收進，則須注意收進尺寸不宜過大，按抗震規(guī)范平面布置盡量規(guī)則的指導原則，雖然廠房的地震力不一定是主控因素，但符合抗震概念的指導精神要求，也會消除掉后期許多不良隱患。若非收進不可，則應考慮采取在平面凹角處增加補強措施，通過補強措施增強廠房的整體性。
2、重型吊車鋼柱選型：
考慮到取材便利、用鋼量經濟指標等因素，對于吊車噸位超過50 噸的廠房，若采用實腹柱，則為截面高度大于700、翼緣板厚度在18mm以上的鋼排架，建議設計人考慮格構柱的設計方案，在綜合分析實腹柱與格構柱的用鋼量、加工便利、防銹漆防火涂料附著力等方面后，再予以定案，確保設計不返工。
3、普鋼廠房屋面變形控制指標：
從計算假定看，普鋼排架廠房一般假定屋面剛度無窮大，撓度太大不行。從廠房變形要求看，規(guī)范對吊車軌頂處的水平位移有較嚴格的規(guī)定，如果屋面梁剛度太小，鋼柱則成了懸臂柱，位移不能滿足，用鋼量則轉移到柱子上了，即柱子截面要很大。
一些老前輩偏向于用桁架屋面梁（屋架與柱子鉸接，這其實也是以前沒有計算機，為了方便采用手算而采用的一種結構形式），因為當時采用大型屋面板，荷載較大，容易出現(xiàn)漏水問題，而桁架屋面梁的剛度大，結構安全度高。桁架梁在國內的使用時間比較長了，積累的經驗也比較多，技術已經比較成熟，以致沿用至今。實際上，現(xiàn)在普通廠房中使用實腹式梁（梁柱剛接，剛度也不��；采用輕型彩鋼板屋面，其對屋面梁變形要求不嚴，不會產生漏水等問題），從結構體系來說是沒有問題的，已通過實踐的檢驗。
所以建議：
（1）大噸位吊車輕型屋面的鋼結構廠房，屋面鋼梁的撓度問題，也超出了《門鋼規(guī)程》的范圍，如果鋼梁撓度控制得太嚴格的話，會出現(xiàn)浪費的問題，現(xiàn)在許多工程已經將鋼梁撓度指標放寬了，可以參考《門鋼規(guī)程》，但支撐系統(tǒng)最好采用普鋼設計，不能采用圓鋼。
�。�2）對于采用輕型屋面的大噸位吊車輕型屋面的鋼結構廠房，鋼梁撓度可以取L/250。對于采用大型屋面板的大噸位吊車輕型屋面的鋼結構廠房，鋼梁撓度仍取L/400。對于采用輕型屋面的但鋼梁上帶有懸掛吊車的大噸位吊車輕型屋面的鋼結構廠房，鋼梁撓度取L/400。
4、排架柱頂位移設計指標：
結合鋼結構設計規(guī)范，對排架柱頂水平位移（撓度）限值進行靈活取值，以根本措施來確保重型吊車運行穩(wěn)定，減小吊車卡軌力對主體的不利影響。
5、肩梁設計要點：
階形柱肩梁處用轉換桁架的概念進行驗證與實施。通過肩梁的合理設計與應用，將柱屋蓋肢內力豎向傳遞并合理分配給下柱的屋蓋肢和吊車肢。
6、柱腳形式選�。�
由于重型吊車的吊車荷載較大，柱腳彎矩太大，常規(guī)的平接式柱腳不能滿足受力需要，故建議重型鋼柱的柱腳以插入式為主，插入深度的計算既要滿足截面本身的高寬比例要求，尚應滿足抗震要求的截面塑性要求。
如：雙肢柱截面尺寸為：全截面高度hc=2375mm，全截面短邊尺寸bc=700mm。
�。�1）構造計算時：杯口插入長度H1 應為1.5xbc 和0.5xhc 的最大值，即最少插入深度
應為1188mm。
�。�2）抗震計算時：H1 應為2xbc=1400mm 和squa（6M/bf.fc）的最大值，其中bf為吊車肢翼緣寬度，fc 為混凝土抗壓強度。上述兩項的最大值才符合柱腳的插入深度要求。
7、抗風系統(tǒng)的設計：
高大廠房往往軌高在15m 以上，山墻整體剛度較弱，單純設抗風柱已不能滿足抵抗風荷載的要求和跨向整體剛度的要求，于是，在設計時建議綜合考慮上層吊車軌高和抗風柱的豎向布置，以抗風柱為抗風系統(tǒng)的豎向支撐點，在上層吊車梁頂部沿山墻方向設置抗風桁架，此大跨度桁架水平放置。
8、關于設備基礎的設計：
大型吊車廠房往往伴隨著一些比較復雜、荷重及埋深均較大的設備基礎，設計時應使地坑盡量靠邊設置，考慮和廠房基礎協(xié)調避讓。如一些發(fā)電機組基礎設計應和工藝密切配合，結合" 土辦法" 和隔振技術解決動力設備共振等次生問題。
結語：僅以筆者多年工業(yè)項目設計經驗，對重型廠房的結構設計做了一些總結。另外，除考慮上述關鍵要素外，設計時還有許多需要注意的地方，比如地面堆載、室內風管、人孔等等，設計時不應只考慮本專業(yè)的技術要則，更需要對項目有一定的認知程度，讀懂工藝圖，熟悉關聯(lián)專業(yè)的設計主控方向，這樣才會少走彎路，為項目爭取更多的設計時間，才能做到重型鋼結構廠房的結構設計不被動。
