首秦4300mm宽厚板轧机工程钢结构厂房设计

王兆村 吉永平 曹伟勋

文章摘要:结合工程实例讨论了多跨单层钢结构厂房的结构设计，采用门式刚架与传统框排架结构相结合的结构类型，使厂房结构布置更合理；根据工程特点，恰当地设置厂房纵向温度缝，且优化了吊车梁设计，最终节省了钢材。
文章主题:结构设计 框排架 温度缝 吊车梁

文章内容：2007.设计通讯首秦4300宽厚板轧机工程钢结构厂房设计王兆村吉永平曹伟勋摘要结合工程实例讨论了多跨单层钢结构厂房的结构设计,采用门式刚架与传统框排架结构相结合的结构类型,使厂房结构布置更合理;根据工程特点,恰当地设置厂房纵向温度缝,且优化了吊车梁设计,最终节省了钢材.关键词结构设计框排架温度缝吊车梁0引言随着我国工业经济的快速发展,现代化工艺生产水平不断改进,对重型工业厂房的要求日益提高;尤其在冶金行业轧钢项目中,厂房跨数多,跨度大,天车吨位重,要求结构抽柱,才能满足工艺.厂房结构设计需要进行多方面重点分析:门式刚架结构与传统框排架结构组成的结构体系中上柱计算长度系数取值分析,多连跨使结构横向长度过大采取的构造措施,大跨度减弱厂房的横向刚度分析;大吨位的重级工作制天车带来的结构变形分析.因此,在结构设计中,对结构选型,结构布置需要结合具体条件进行合理选择.该文结合秦皇岛首秦金属材料有限公司4300宽厚板轧机工程,对主厂房的结构设计进行分析.1厂房概况1.1厂房分区该工程钢结构厂房分为主轧区,精整区,厚板区,成品区,热处理区;1—12轴线为3连跨,横向宽度99;12—19轴线为5连跨,横向宽度168;19—41轴线为6连跨,横向宽度205;厂房纵向总长762.1.2厂房柱距厂房柱距以18为主,辅以6,12,16和24,其中14轴线,17轴线,20轴线,22轴线和33轴线有抽柱,抽柱处柱距为48,36,37.1.3吊车起重量及轨面标高厂房吊车起重量:主轧区100/20,轨面标高16.0;轧辊间300/90,轨面标高10.0;精整区,厚板区,成品区,热处理区22.5+22.5(吊车总重3700),轨面标高11.0.吊车均为重级工作制(7)1.4主要设计参数厂房建筑面积为132315,结构的抗震设防烈度为7度,采用系列软件计算.柱网平面布置见图1,剖面见图2一图4,现场施工图见图5.2厂房结构选型与柱分析2.1结构选型该工程结构类型综合考虑结构受力,工程投资,工艺要求,建筑美观,建设周期等因素选用门式刚架与框排架的组合结构.下柱采用钢管混凝土柱,详见图6,柱脚与基础通过螺栓刚接.上柱采用焊接实腹型钢截面,排架梁采用两端加腋焊接实腹型钢截面,上柱与屋面梁组成门式刚架结构.屋面不设内天沟,采用双坡排水.67设计通讯2007.1<>1.2——热赴理区口-———-_目主轧'目主轧区成品目口自口●茸辐8景精蔓嚣卑撮区暑自-■暑胃精蔓区胃成品区一¨1善精蔓琏虎品区善一一暑盘品区成品塔暑ⅲ0图21—1剖面图图1柱网平面布置图图43—3剖面图经过与普通排架结构的计算对比分析,刚架结构提高了厂房的横向刚度,减小了柱顶位移,天车轨顶处上柱的位移也能满足规范要求;同时,屋面梁的用钢量比普通梁,柱铰接的排架结构减30%.钢管混凝土柱的轴向承载力较高,符合冶金重型厂房下柱内力大的特点.该结构体系形式简洁,美观大方,同时屋面杆件数量少,减少了施工的制作安装量,涂装方便.18和24柱距设计有利于工艺专业的设备合理布置,又减少了钢柱及柱基础的数量,降低了厂房柱系统的用钢量,钢管混凝土格图32—2剖面图图5现场放工图构式双肢柱的两柱肢之间有较大距离,给其它专业的管线布置提供较好的路由,相对提升了厂房的利用空间.该工程结构布置及结构方案设计既提高了建筑美感,又能够大大加快施工速度,满足总公司对建设周期的要求,比传统的钢结构厂房具有较明显的优越性.钢管混凝土双肢柱的钢管采用直径为6012,8314的螺旋焊管,管内压力灌注40微膨胀混凝土,缀条采用)29910的螺旋焊管(内空),肩梁采用单腹板式详见图7,上柱采用实腹钢板柱.2007.1设计通讯4混凝土图6钢管混凝土格构式柱断面示意图2.2上柱截面选择由于屋面采用双坡排水,排架上柱一致较高,平面外计算长度较大,为了保证上柱在平面外的稳定,使上柱在平面内外的稳定应力趋于一致,必须采用宽翼缘的型钢.而根据建筑抗震设计规范中表9.2.12的要求:工形截面翼缘外伸部分的宽厚比限值(抗震设防烈度7度):柱:对235钢:13,对345钢:10.73;梁:对235钢:1,对345钢:9.08.因此在相同板厚条件下,该工程采用235钢,可以采用相对更宽翼缘的型钢,以使截面得到充分利用,达到节约钢材的目的.排架梁选用截面高度为1—1.5的焊接型钢,通过计算,两端刚接排架梁的弯矩明显大于跨中弯矩,因此在梁两端通过变截面的形式加大梁高,使排架梁的截面分布与弯矩相协调.排架梁的平面内线刚度较小,对上柱的约束作用相对较弱,因此对于下柱采用大肢距的双钢管混凝土格构柱,可以加强对上柱的约束,加大排架平面内刚度.2.3柱计算长度系数取值该工程采用三种方式进行计算,并比较计算结果如下:第一种是程序的计算结果;第二种假设按屋面梁无限刚计算,即假定屋面梁平面内刚度无限大,根据上段柱与下段柱的线刚度比及参数.按《钢结构设计规范》中附表一6查得下柱计算长度系数,再根据参数.,求出上柱计算长度系数,显然这种方法偏于不安全.第三种方法,对于上柱,假定上柱柱脚理想固接于下柱肩梁顶,根据柱上下端部的梁柱线刚度比,按《钢结构设计规范》中附表一2查得上柱计算长度系数,这种///)图7柱肩梁示意图方法也偏于不安全.经过分析比较并和中国建筑科学研究院—编程人员交流,认为柱计算长度系数最终设计取值:取程序计算结果的1.2—1.25倍比较合理.3结构布置3.1柱间支撑布置柱系统平面布置图详见图1.柱间支撑既是将厂房纵向水平荷载传至基础的重要组成构件,也是保证厂房纵向刚度不可缺少的构件.厂房纵向水平荷载包括温度作用,风荷载,吊车纵向水平刹车力,水平地震力.该厂房1—12轴线之间长度为210,由于工艺要求不允许设置温度缝,超过规范规定的温度缝长度设置要求,因此,柱间支撑的计算考虑了温度作用的影响,此段在纵向接近1/3处设置下柱支撑,共两道,与下柱支撑对应处及此段两端设置上柱支撑,共四道,其它柱间设置柱顶压杆.较小温度区段(&;120)经计算,在其中部设置一道下柱支撑