關(guān)于門式剛架廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思考

關(guān)鍵詞：門式剛架；廠房兩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；思考 

　　近十年來門式剛架在我國發(fā)展很快，尤其在工業(yè)廠房中已得到廣泛應(yīng)用。但目前對(duì)一些廠房檐口較高，又有吊車荷載作用（特別是吊車噸位較大的橋式吊車）的門式剛架的設(shè)計(jì)，資料及經(jīng)驗(yàn)較為缺乏。針對(duì)以上情況，下面談?wù)勛约簩?duì)門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些體會(huì)。 

　　對(duì)于有吊車的門式剛架，設(shè)計(jì)既要受力合理，又要經(jīng)濟(jì)，這與結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)劣是密不可分的。能否控制好結(jié)構(gòu)的水平位移是決定結(jié)構(gòu)正常工作的關(guān)鍵，而影響結(jié)構(gòu)水平位移的主要因素包括：風(fēng)載、地震作用、吊車橫向水平剎車力。針對(duì)以上各因素，設(shè)計(jì)時(shí)除了可加大梁柱截面尺寸外，還可通過選擇合理的結(jié)構(gòu)方案來達(dá)到同樣的效果： 

　　1.1 剛性柱腳：此方法能有效地限制剛架的水平位移。因?yàn)閯偧苤�腳的剛接可直接加大剛架的整體剛度。 

　　1.2 剛架的柱頂與梁的連接采用剛接：通過此方法同樣也可加大剛架的整體剛度。 

　　1.3 增大柱截面的高度：此方法對(duì)加大剛架的水平剛度是最有效的，但由于柱凈高及經(jīng)濟(jì)的要求，不能隨意加大柱截面高度。 

　　1.4 加大屋面梁的剛度，在多跨剛架結(jié)構(gòu)中，加大兩個(gè)邊跨梁截面高度，能夠有效的增加剛架的水平剛度。 

　　2 吊車梁系統(tǒng)、制動(dòng)結(jié)構(gòu)及柱 

　　2.1 吊車梁系統(tǒng) 

　　對(duì)于有吊車荷載作用下的門架結(jié)構(gòu)，吊車梁是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要單元之一。它對(duì)能否保證吊車的正常運(yùn)行起決定作用。吊車梁的設(shè)計(jì)可按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）進(jìn)行。吊車梁的材料一般選用Q235鋼或Q345鋼。跨度較小或中等跨度的吊車梁，強(qiáng)度起著控制作用，采用高強(qiáng)度鋼（如Q345鋼）可節(jié)約用鋼量，但對(duì)于大跨度的吊車梁，吊車梁的剛度成了主要的控制因素，鋼材的強(qiáng)度得不到充分的利用，可直接選用Q235鋼。 

　　吊車梁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常是由吊車梁（或吊車析架）制動(dòng)結(jié)構(gòu)、輔助析架（視吊車噸位、跨度大小確定）及支撐（水平支撐及垂直支撐）等構(gòu)件組成。當(dāng)?shù)踯嚵旱目缍燃暗踯嚻鹬亓烤�較小、且無需采取其他措施即可保證吊車梁的側(cè)向穩(wěn)定時(shí)，可不用制動(dòng)結(jié)構(gòu)：當(dāng)?shù)踯囄黾芎椭丶?jí)工作制吊車梁跨度等于或大于12m，或中、輕級(jí)工作制吊車梁跨度等于或大于18m時(shí)、宜設(shè)置輔助析架和下翼緣水平支撐系統(tǒng)。 

　　吊車梁或吊車桁架設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)考慮兩臺(tái)最大起重量的吊車進(jìn)行計(jì)算。吊車梁或吊車桁架的形式選用應(yīng)根據(jù)吊車起重量的大小、吊車梁或吊車桁的跨度以及吊車工作等級(jí)等確定。 

　　2.2 制動(dòng)結(jié)構(gòu) 

　　制動(dòng)結(jié)構(gòu)一般分為制動(dòng)梁和制動(dòng)析架。制動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)按吊車水平荷載及其他因素所產(chǎn)生的水平荷載進(jìn)行計(jì)算。其與重級(jí)工作制吊車梁的連接應(yīng)采用高強(qiáng)螺栓連接，高強(qiáng)螺栓的直徑一般采用18――22mm。 

　　2.3 柱 

　　移動(dòng)的吊車同時(shí)產(chǎn)生不同于其它形式的垂直和水平荷載，因此作為吊車梁的支座―柱在整個(gè)結(jié)構(gòu)上就顯得尤為重要。與其它形式的工業(yè)建筑相比較，有吊車的建筑物要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)考慮吊車在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的動(dòng)荷載，結(jié)構(gòu)過大的晃動(dòng)和震動(dòng)將導(dǎo)致整個(gè)吊車梁系統(tǒng)中各構(gòu)件產(chǎn)生疲勞，還會(huì)導(dǎo)致卡軌及屋面泄漏。 

　　設(shè)計(jì)有吊車廠房結(jié)構(gòu)時(shí)，支承吊車梁的柱的形式一般分為柱上設(shè)置牛腿或采用階形柱的形式，對(duì)于吊車起重量大的也可采用分離式柱的方法，如電解車間。也可根據(jù)吊車最大輪壓Pmax影響下的吊車梁支座處的反力Dmax大小和廠房檐口高度H來確定采用哪種支承形式。 

　　3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 

　　3.1 梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：剛架斜梁與柱的連接，可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式。這里主要談?wù)劧税遑Q放的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通常情況下，柱翼緣與斜梁端板采用高強(qiáng)螺栓連接，連接處柱翼緣厚度應(yīng)與梁端板相同，兩者厚度一般應(yīng)大于高強(qiáng)螺栓直徑，同時(shí)梁與端板宜采用坡口焊；端板連接的螺栓應(yīng)成對(duì)對(duì)稱布置，在斜梁的拼接處，應(yīng)采用將端板兩端伸出截面高度范圍以巾外的外伸式連接，當(dāng)采用端板外伸式連接時(shí)，宜使翼緣內(nèi)外的螺栓群中心與翼緣的中心重合或接近，當(dāng)端板上兩對(duì)螺栓間距大于400mm時(shí)，應(yīng)在兩對(duì)螺栓間增設(shè)一對(duì)螺栓，以保證節(jié)點(diǎn)剛度，減少節(jié)點(diǎn)變形，對(duì)同時(shí)受拉和受剪的螺栓，應(yīng)驗(yàn)算螺栓在拉、剪共同作用下的強(qiáng)度。 

　　3.2 柱腳設(shè)計(jì)：門式剛架柱腳可設(shè)計(jì)成平板柱腳、插入式柱腳、埋入式柱腳及外包式柱腳，對(duì)于有吊車的門架柱腳，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接，柱身與底板宜采用全熔透焊縫。柱腳錨栓應(yīng)按規(guī)定設(shè)置彎鉤或錨板，錨栓的直徑不宜小于24mm，且應(yīng)采用雙螺帽。 

　　3.3 牛腿設(shè)計(jì)：牛腿上翼緣與柱連接焊縫宜采用焊透的V形對(duì)接焊縫，下翼緣和腹板與柱的連接可采用角焊縫。 

　　4 支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 

　　支撐系統(tǒng)既能保證剛架在安裝時(shí)的穩(wěn)定性，也能保證在使用階段傳遞水平力至基頂。剛架結(jié)構(gòu)體系的支撐分兩種：一是屋面結(jié)構(gòu)的橫向水平支撐和縱向水平支撐、縱向柱間支撐；二是吊車系統(tǒng)的支撐。 

　　4.1 屋面橫向水平支撐和縱向柱間支撐傳遞山墻風(fēng)載和建筑物縱向水平地震荷載，能保證平面剛架的整體穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)的空間穩(wěn)定。 

　　4.2 吊車支撐系統(tǒng)的作用是將吊車縱向水平剎車力傳遞到基頂，一般設(shè)置在吊車梁下翼緣以下。在設(shè)計(jì)中溫度區(qū)段長度不能按輕剛門式剛架的300m區(qū)段，而應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)中單層房屋和露天結(jié)構(gòu)溫度區(qū)段長度取值，每個(gè)溫度區(qū)段的支撐設(shè)置按以下方法確定：①在每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。②通常將屋面支撐和柱間支撐設(shè)置在同一跨間，以組成幾何不變體系，如不能布置在同一跨間，則應(yīng)加設(shè)剛性系桿傳力。一般柱間支撐應(yīng)設(shè)置在溫度區(qū)段的中部，或當(dāng)溫度區(qū)段較長時(shí)宜設(shè)置在三分點(diǎn)處，且間距不宜大于60m。③當(dāng)有抽柱時(shí)，在抽柱的區(qū)段應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐，當(dāng)為局部抽柱時(shí)，縱向水平支撐應(yīng)向兩端各延伸一個(gè)跨間。④當(dāng)柱距較大，邊柱列采用加墻架柱的方案時(shí)，應(yīng)沿著設(shè)置縱向水平支撐。⑤當(dāng)有高低跨時(shí)，應(yīng)在高低跨處分層設(shè)置柱間上支撐及下支撐。⑥在屋脊處及柱頂處均應(yīng)沿廠房通長設(shè)置剛性系桿，以傳遞水平力，當(dāng)梁跨度較大時(shí)，也可適當(dāng)增加剛性系桿，以減小梁計(jì)算長度。⑦當(dāng)屋面設(shè)有天窗或通風(fēng)器時(shí)，應(yīng)在天窗架或通風(fēng)器支腿下沿廠房設(shè)置剛性系桿。 

　　4.3 支撐的形式：屋面橫向或縱向水平支撐采用鋼拉桿，形式為 “X”型；壓桿可采用雙角鋼、方鋼管、圓鋼管或屋面擦條。柱間支撐、吊車支撐形式一般采用“X”型，也有采用“K”，型或“框架”型。其中，“K”型或“框架”型支撐常用于因工藝或使用上的要求需要柱間支撐處開門，且開門尺寸較大時(shí)。 

　　5 屋面和墻面的模條系統(tǒng) 

　　門式剛架廠房最大的特點(diǎn)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重量輕，大多采用壓型鋼板和保溫隔熱棉。屋面的擦條和墻凜一般采用C型或z型冷彎薄壁結(jié)構(gòu)，多采用簡支的支座連接方式。 

　　擦條設(shè)計(jì)時(shí)，拉條的設(shè)置對(duì)擦條的受力很重要，拉條可提高擦條的整體穩(wěn)定性。一般在靠近擦條的上、下翼緣處各設(shè)置一層拉條，當(dāng)上翼緣有屋蓋板通過自功螺釘直接相連時(shí)，屋蓋板即足以約束上翼緣的側(cè)向位移及扭轉(zhuǎn)，此時(shí)可取消上層拉條。如果屋脊兩側(cè)屋面坡長相差較大，則應(yīng)在屋脊處設(shè)置斜拉條和剛性撐桿。如果單坡長度較大，尚應(yīng)考慮在中間增加斜拉條和剛性撐桿，具體做法可按拉條的承載能力計(jì)算確定。 

　　6 結(jié)束語 

　　對(duì)有吊車的門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要設(shè)計(jì)人員在工作實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，并針對(duì)每一種特殊的剛架形式，采用更加優(yōu)化的剛架結(jié)構(gòu)方案，以達(dá)到方案合理、節(jié)省用鋼量的效果。