瓦斯泵房门式刚架结构设计案例

李田田

1　工程概况

本工程为山西晋煤集团寺河煤矿上庄瓦斯抽采泵站配套系统工程设计—瓦斯泵站。主要设计部分包括：主厂房、管道间和附属间（循环泵房、值班室、仪表室），总建筑面积：1251.9m2。本工程抗震设防烈度为Ⅶ度，抗震设防分类为乙类。设计使用年限为50年，建筑物耐火等级：二级；火灾危险性类别：甲类；结构安全等级为一级。

结构类型：主厂房：门式刚架结构；管道间、附属间（循环泵房、值班室、仪表室）：钢筋混凝土框架。本文主要分析部分为主厂房。

2　项目的关键要点

2.1　刚架设计

根据使用要求：本工程的柱距定为6.6m；跨度为15m；牛腿标高10.0m；车间内设置一台SSQ25-13.5型，A3工作制的手动桥式起重机。

2.1.1吊车上部净空校核

已知资料：吊车梁到轨顶的距离为1660mm，吊车梁高度600mm，轨道高度经查图集05G525为134mm，刚架柱顶13.6m，牛腿标高10.0m，钢梁采用等截面，高为500mm。

计算过程：1660+600+134=2394mm

（13.6-10）×1000-500=3100mm

3100-2394=706mm>最小富裕高度300mm满足要求。

2.1.2梁柱平面外计算长度的确定

钢梁的计算长度：根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015），下翼缘受压的屋面斜梁的平面外计算长度可以考虑隅撑的作用，但应满足如下条件：在屋面梁的两侧均设置隅撑；隅撑的上支撑点的位置不低于檩条形心线；符合对隅撑的设计要求。考虑到隅撑作为侧向支撑点，不能得到很好的安全保障，本工程中钢梁的平面外计算长度按支撑的长度确定，定为7500mm。

柱的平面外计算长度：在门式刚架轻型房屋钢结构技术规范中对柱的平面外稳定有详细的计算公式，在不能满足公式要求时，应设置侧向支撑或隅撑。本工程中设有吊车，吊车梁可以在平面外作为侧向支撑。考虑到牛腿位置较高，在标高5.900m位置设置一道系杆，作为下柱的另一个侧向支撑点。柱的计算长度可分为三段，分别是3600mm、4100mm、5900mm。

2.2　支撑系统设计

（1）屋面水平支撑：根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015），屋面端部的横向支撑应布置在房屋端部，屋面的横向交叉支撑点应与抗风柱对应，在起重量大于15t的桥式吊车胯间应该设置屋面纵向支撑。因本工程跨度较小为15m，总长为6.6m×7，共设置三道屋面横向水平支撑，分别布置在两端和中间跨。

（2）柱间支撑：端部的之间支撑宜设置在房屋端部第一或者第二开间，温度区段很长时，在三分点设置，支撑间距不应大于50m。带吊车时，在温度区段中部设置在牛腿下部。综上，本工程的柱间支撑位置为：两端设置上柱支撑，在中部设置上柱及下柱支撑。

（3）系杆：本工程除设置屋面系杆外，分别在标高5.9m位置设置一圈水平系杆，标高10.0m标高山墙处设置一道系杆。

在支撑和系杆的共同作用下，把钢架有效的连接起来，组成一个空间受力体系，增强抵抗水平力的能力。

2.3　其他要点设计

（1）本建筑中主厂房内瓦斯管道内气体主要成分为甲烷，火灾危险性类别为甲类，耐火等级为二级，存在爆炸危险，需要采取防火防爆措施。根据《建筑防火设计规范》3.3.5条要求，值班室与泵房间墙体采用防爆墙，且设置独立的安全出口。防爆墙的做法是：采用240厚蒸压灰砂砖墙，沿墙高度每隔500设3φ8水平钢筋，两端锚入框架柱内。

（2）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）6.1.5中要求，甲乙类建筑不应采用单跨框架结构。

（3）《建筑防火设计规范》3.6.2中要求，有爆炸危险的厂房或厂房内有爆炸危险的部位应设置泄压设置。本工程主厂房采用门式刚架轻型屋面结构，屋面可以作为泄压部位。经计算，屋面面积满足规范对泄压面积的要求。

（4）防火涂料：本工程的耐火等级为二级。钢结构部分涂刷薄涂型防火隔热涂料，耐火极限要求如下，钢梁：1.5h；钢柱、山墙柱、角柱：2.0h；墙梁、檩条、水平支撑、柱间支撑：1.0h。

3　结论和意义

瓦斯泵房在煤矿矿井建筑中属于重要的通风系统，结构安全等级要求高，火灾危险性分类属于甲类，对防火要求也高，同时需要做到防爆。本设计为可后续的瓦斯泵房设计提供参考，具有借鉴意义。

[1]《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）.

[2]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015）.

[3]《钢结构设计规范》（GB50017-2003）.

[4]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（2015版）.

[5]《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）.

[6]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016版）.

[7]《煤矿矿井建筑结构设计规范》（GB50592-2010）.