華魯鍛壓重鋼車間結構設計重型車間結構采用鋼結構主要優勢在于適用范圍大、建設周期短,同時因其為全鋼結構,其外觀及內部視覺效果好,建筑美觀，因而受到越來越多業主的青睞。本文結合工程實例,簡要介紹了重鋼結構的設計特點,對重鋼結構的柱、吊車系統、屋蓋及支撐系統的設計作了簡要分析，并與輕鋼門式剛架結構的區別進行了簡要的闡述,可以指導工程設計與施工。［關鍵詞］重鋼結構車間結構設計鋼結構一、引言與傳統的混凝土排架結構相比，吊車噸位在50噸以上的重型車間采用鋼結構的優勢很多，施工速度快，建設周期短，外觀現代美觀.隨著鋼結構的普及，市場競爭的激烈，重型車間采用鋼結構的造價也具有相當的競爭力.近幾年,我們設計了幾個吊車噸位在５0噸以上的重型鋼結構車間，其中就包括泰安華魯鍛壓機床有限重型數控機床車間,吊車噸位為７5噸.結合此工程，本文簡要介紹了重鋼結構的設計特點，對重鋼結構的柱、屋蓋及支撐系統的設計作了簡要分析，并與輕鋼門式剛架結構的區別進行了簡要的闡述。二、工程概況泰安華魯鍛壓機床有限重型數控機床車間位于泰安西南開發區,車間主跨跨度為２４米，檐口標高1８。０0ｍ，軌頂標高1４.１0m,一臺75/20噸吊車。附跨跨度為18ｍ,檐口標高13。０0ｍ,軌頂標高9。0０米，一臺30/５噸吊車，車間總長１１2。5m。車間結構平、剖面見圖1、圖2。該車間2０06年10月開始設計，20０7年3月初竣工交付使用。三、車間結構設計本工程為重鋼結構,與一般輕鋼結構相比，重鋼結構的主要特點為：1)：廠房行車起吊重量大、起吊高度大；２）每平米用鋼量大；3）限制條件不同，例如，變形和長細比控制嚴格等；4）荷載取值不同，特別是風荷載；5）分析方法不同，尤其是計算長度確定和局部穩定計算等;6）構件構造要求不同。1．主要荷載該廠房結構所受到的荷載主要有豎向荷載包括結構自重、吊車豎向荷載、屋面活荷載及走道板活荷載;水平荷載包括風荷載、吊車水平荷載等.屋面活荷載0。5KN/ｍ２，走道板活荷載2。0ＫN/m2。吊車荷載直接輸入吊車樣本，由程序導入。對于風荷載,設計中如何選取風荷載體形系數很重要，《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（CEＣＳ102：2002）[1］(以下簡稱規程）和《建筑結構荷載規范》(ＧB5０009—２０0１）［2］(以下簡稱荷載規范）對風荷載體形系數的選取有所不同.規程規定的體形系數主要是針對低矮房屋試驗總結出來的，因此,本工程風荷載取值應按荷載規范進行計算。2.主要材料的選用由于3４5鋼市場價格與２35鋼相差不大,34５鋼不僅強度高,同時又具有良好的可焊性及可加工性等工藝性能，所以本工程主受力柱、梁均采用３54—B鋼材，吊車梁采用3４５—B鋼材。墻梁、支撐、屋面檁條等均采用２3５－Ｂ鋼材,屋面板及墻面板為彩色金屬壓型鋼板,巖棉保溫。3.主要結構選型及布置本工程設計時首先是根據廠家提供的吊車資料，獲取有關吊車的詳細數據，以此為基礎確定廠房柱的上、下柱高度。根據吊車噸位，估計主跨上柱凈高在３.9～4。２m之間（不含屋面結構高度在內的高度).其次是從經濟性出發，上柱和下柱截面可分別采用實腹式工字形截面和格構式箱形截面，下柱截面4５0x1４00mm,上柱截面３０0ｘ700mm,上下柱之間通過鋼肩梁進行轉換。第三是結構抗側力體系可以考慮為橫向鋼框架(梁柱節點剛接），縱向柱間支撐；對于輕型屋面,２４ｍ跨度的屋面梁為工字型變截面實腹焊接截面梁，屋面坡度為１/15,為可靠吊車橫向剎車力產生的荷載，該梁應該滿足壓桿長細比的構造要求。第四是７．5ｍ跨度的吊車梁,由于沒有現成的標準圖可資利用,可設計為實腹式等截面工字形吊車梁,主跨梁高為1２0０ｍm,上翼緣寬度為3５0mm（要考慮吊車軌道的安裝構造要求），還需要設置制動梁；附跨梁高為80０mm，上翼緣寬度為３50mm；吊車梁上翼緣、制動(即走道板)和邊梁組成吊車制動結構，既承受吊車橫向水平荷載和其它因素產生的水平力,又可增加吊車梁的側向剛度，保證吊車梁的側向穩定性.為保證廠房的縱向剛度和空間剛度,承受山墻風力、吊車縱向剎車荷載、溫度應力和地震作用，沿廠房縱向設置上、下柱間支撐.下柱柱間支撐為雙片支撐,上柱柱間支撐為單片支撐.下柱柱間支撐設兩道,布置在廠房中間三分之一處,兩道下柱支撐的中心間距為4５米。上柱柱間支撐設四道,除在設有下柱支撐的柱間布置外,在廠房兩端另設兩道上柱支撐。本工程吊車噸位較大，為提高結構空間剛度，在屋面梁端節間布置通長屋面縱向支撐，在布置上柱支撐的柱間布置四道橫向屋面支撐,縱、橫向屋面支撐均選用角鋼。在屋脊及屋面梁端部布置三道剛性系桿，與橫向支撐相連節點處均布置柔性系桿。為保證屋面梁下翼緣受壓時的穩定,在屋面梁下翼緣的兩側布置隅撐,隅撐一端連接于屋面梁下翼緣，另一端連接在檁條上。廠房兩端山墻布置抗風柱，抗風柱布置的位置與屋面橫向支撐節點及系桿相結合，以保證水平風荷載的有效。由于抗風柱較高，故截面采用由兩槽鋼為翼緣的組合截面。屋面檁條和墻檁均為冷彎薄壁Ｃ型鋼,按簡支構件設計。4。基礎設計本工程為全鋼結構,墻體屋面亦為輕質材料,結構自重輕，豎向荷載小.一般情況下基礎采用柱下基礎，柱腳為分離式柱腳,構造簡單、節約鋼材、安全可靠。計算結果表明,柱腳豎向反力與混凝土結構相比較小,但彎矩較大。基礎設計時須根據受力特點合理設計，適當加大基礎截面，同時注意基礎的埋深。四、結構設計中需注意的問題1、框排架設計本工程排架柱與屋面梁剛接，排架設計應同時滿足《鋼結構設計規范》［3］和《建筑抗震設計規范》[4］的要求.在ＳＴS軟件中的框排架模塊計算中對程序默認的系數應進行必要的手工修改，電算后還應進行必要的補充計算。(1)本工程在程序電算過程中,上階柱腹板高厚比不滿足《鋼結構設計規范》[３］５．4。２條和《建筑抗震設計規范》［4]9．2。12條要求,需按《鋼結構設計規范》[3］5。4。６條用縱向加勁肋腹板，縱向加勁肋在腹板兩側成對布置，設置縱向加勁肋后的腹板在受壓較大翼緣與縱向加勁肋之間的高厚比是否滿足《鋼結構設計規范》[3］５．4．２條的要求,需要補充計算。廠房的下柱采用工字鋼(吊車肢）與雙角鋼（屋蓋肢）組合的格構式柱，按照規范規定，整體的平面外穩定不必驗算，只要單肢夠就行;這是因為Ｍ作用于虛軸的格構壓彎構件,平面外整體穩定是由分肢的穩定來保證的。分肢是軸心受壓構件（綴條式），在初選截面時,就最好保證分肢的兩個方向長細比接近,這樣截面利用效率高。（2)一般設計屋面梁時采用變截面設計可以減少用鋼量，經濟的設計不但要變截面高度，更重要的是變翼緣的寬度、厚度及腹板的厚度，本工程屋面梁截面高度和板件厚度在滿足強度、穩定、撓度等方面要求的情況下做了優化設計,也就是利用截面的變化，使各截面“組合應力”與材料設計強度值的比值盡可能接近,即使材料分布更接近于應力圖形的分布,達到經濟合理的目的。另外電算時應注意到屋面梁平面外計算長度程序默認值為桿件的實際長度，實際計算必須手工修改為平面外有效支撐之間的間距，如果忽視此問題，會錯誤地計算屋面梁平面外的穩定,造成工程安全隱患,本工程屋面梁平面外有效支撐之間的間距取屋面橫向支撐的節距。(3）在構件拼接節點設計時，應充分考慮構件受力以及運輸和施工安裝等因素，將拼接節點設在構件受力較小處，構件的長度以6~1１米為宜。排架與柱間支撐、屋面支撐以及系桿等的連接件，應在施工圖中詳細標明，便于鋼結構構件在工廠的加工制作，避免主要構件在現場打孔和焊接.2、吊車梁和吊車制動系統吊車荷載是該廠房的主要荷載，吊車梁的尺寸直接影響廠房高度的確定，所以應首先進行吊車梁的設計。本工程吊車梁按簡支梁設計，傳力明確、構造簡單、施工方便。吊車梁設計內容包括強度、穩定、連接、撓度、疲勞和構造等。吊車梁上翼緣的寬度除滿足強度、穩定等要求外，尚應考慮固定軌道和連接制動結構所需的構造尺寸,必要時可將上翼緣兩側作成不等寬，并予留螺栓孔，端跨吊車梁還注意應予留車擋的連接螺栓孔。吊車梁相互之間連接為鉸接,連接的部位應在吊車梁截面重心位置。吊車梁下翼緣連接焊縫較其它部位特殊,應為一級焊縫，這是在設計中容易忽視的問題。吊車制動系統由吊車梁上翼緣、制動板（即走道板）和邊梁組成.邊梁應按雙向受彎構件設計，水平方向承受吊車橫向水平荷載,豎向承受走道板的豎向荷載,本工程吊車制動邊梁的截面由豎向撓度控制,選用槽鋼3２ａ.制動板（即走道板)為受彎構件,其與吊車梁采用高強螺栓連接,螺栓間距除滿足計算外,還必須滿足構造要求，而制動板與制動邊梁的連接采用焊接，俯焊焊縫采用間斷焊縫，以防止較薄的制動板因焊接產生較大變形。3、肩梁和牛腿的設計實腹式上段柱在肩梁處的連接有兩種方式：一是將上段柱腹板與肩梁上蓋板用兩條角焊縫相連,并按與腹板等強度考慮．上段柱翼緣的連接則根據不同情況分別考慮:對于邊列柱的上段柱，可將外側翼緣直接與下段柱外側翼緣或屋蓋肢腹板對焊；而邊列柱的上段柱內側翼緣及中列柱的上段柱的翼緣與肩梁的連接，均將翼緣開槽口插入肩梁腹板上,用4條角焊縫傳力.二是將實腹式上段柱直接對焊在肩梁上,此時宜將上蓋板下移，變為兩塊板的形式，焊于肩梁腹板的兩側。但當實腹式上段柱截面較小，設計假定與肩梁為鉸接連接時，也可將上段柱直接對焊在肩梁上蓋板上。另外，吊車梁支承墊板的寬度一般比吊車梁支座寬８0mｍ，其厚度一般為20~40mm。4、柱腳設計當柱腳埋在地下時，為了防止柱腳的銹蝕,應采用C７．5或C10砼將柱腳包至室內地面以上0.１~0。2m。柱腳埋置深度一般可根據車間類別參考下列數值采用:輕、中型廠房：0。6～1。0ｍ;重、特重型廠