重型钢结构厂房设计中应注意的问题

侯 伟

(中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉 430223)

0 引言

钢结构厂房通常有重型和轻型之分，主要是根据厂房内有无吊车、吊车吨位大小、工作级别、轨面标高、厂房高度等来划分。重型钢结构厂房主要参照GB 50017—2017钢结构设计标准来设计，轻型钢结构主要参照GB 51022—2015门式钢架轻型房屋钢结构技术规范来设计。对于重型钢结构厂房的围护结构比如屋面和墙面檩条可以采用GB 51022—2015门式钢架轻型房屋钢结构技术规范来设计。

重型钢结构厂房主要包括以下几大系统：基础系统、柱子系统、吊车梁系统、屋盖系统、墙架系统。

从2000年至今，我国钢铁产能急剧扩张，这其中不论是大型国有钢厂，还是小的民营钢铁企业都新上了不少项目，当然相应的厂房建设也是必不可少的在这其中，也都出现了不少错误，有的甚至是很低级的。下面就工程中遇到的问题及需要考虑的事项给大家作以介绍，供大家学习。

1 基础系统

1.1 基础埋深

基础的埋置深度除了按基础规范按建筑物高度的1/15～1/18外，主要要考虑管线的埋深，以及设备基础的埋深，很多厂房基础设计时机组资料还没有，可以把靠近机组的厂房柱基础暂缓设计，以免造成返工。

1.2 基础梁

一般厂房在下柱有柱间支撑跨间，基础之间沿厂房纵向都会设置基础梁，某工程中拉梁跨度为24 m，如果中间不设支点，则拉梁断面尺寸将达到800×1 700。如果中间设支点，虽然增加了支点基础混凝土量及地基处理的费用，但拉梁跨度减小为12 m，则拉梁断面尺寸也随之减小为400×800，总体还是节省了投资。关于柱间支撑处柱基础的拉梁一般认为：拉梁跨度小于15 m，中部不设支点；拉梁跨度在15 m～18 m之间，中部支点可设可不设；拉梁跨度超过18 m，从经济角度考虑宜设中部支点。

2 柱子系统

2.1 柱子腹杆的设置

冶金厂房中管道都比较多，在这里要说的是厂房柱为双肢柱时，管道在穿柱子的地方，要注意柱肢间斜腹杆的设置要避开管道或者是调整管道位置。

2.2 柱间支撑的位置

对结构来说，柱间支撑设在温度区段的中间是最好的，但这个应由工艺专业来确认。在实际的工程中，很多时候为了满足工艺要求，柱间支撑都不在中间。

2.3 钢管混凝土排气孔的留设

厂房柱设计中经常用到钢管混凝土，需要注意不要将排气孔留在柱顶，经常留在柱顶的排气孔被吊车梁下翼缘盖住，造成排气不畅，最后爆管，建议设在柱顶侧面，超灌时比较好控制。

2.4 柱子与屋面放在一起计算

目前设计的精细化程度都比较高，为了使计算的简图更加贴近实际工况，用PKPM平面框架计算排架结构时，把屋面梁或屋架建在同一模型中，这样可以考虑他们之间刚度的相互影响，计算更加准确。

3 吊车梁系统

3.1 确认吊车是否带水平导向轮

有很多设计人员可能没有注意到这一点，在大跨度厂房中，吊车的跨度大，吊车一般都带有水平导向轮，这个需要在选择压轨器时注意，由于水平导向轮有一定的高度，所选的压轨器和连接螺栓与水平导向轮不能碰。现场出现过由于压轨器选择错误，导致现场安装后才发现吊车不能运行，处理办法主要是更换压轨器或者是吊车梁上翼缘与柱连接节点处高强螺栓反装。

3.2 上吊车梁走道板钢梯设置

上吊车梁走道板钢梯在设计时应注意结合内网的排管图，保证踏步上方的净空。吊车梁走道板的楼梯开孔不要开在走道板的中间，这样很难通行。

3.3 柱间支撑处吊车梁与柱顶连接螺栓

吊车梁在柱间支撑处通过高强螺栓与柱顶节点板连接，用来传递吊车的纵向水平刹车力和山墙的风荷载。很多人会忽视屋面横向天窗在风荷载作用下产生的水平力，由于冶金厂房发热量比较大，横向天窗的数量相应也多，所以不能忽视。

3.4 吊车梁钢轨伸缩缝位置

吊车梁钢轨的伸缩缝(15 mm或与厂房伸缩缝相匹配)位置通常设在厂房吊车梁伸缩缝位置附近，拼接接头应与梁的伸缩缝错开约500 mm，两者不要重合。

3.5 长悬挑吊车梁远端支座受拉

在工程中有时会碰到厂房端部吊车梁悬挑出去较长，通过计算远端支座不是受压，而是受拉，这时远端支座应做成平板式支座，与柱顶连接可靠，而不能采用凸缘式支座。

3.6 高强钢的应用

重型厂房中吊车的吨位都比较大，吊车梁的高度也比较高，这时可以采用高强度的Q390，Q420钢材，这样可以减小吊车梁高度，增加厂房下部净空，避免采用很厚的钢板，同时也可减少钢材用量。

4 屋盖系统

4.1 屋面单梁吊检修走道爬梯与柱间支撑相碰

屋面单轨吊检修走道爬梯在端部轴线处与上柱的柱间支撑相碰，设计人员应当注意，同时还应注意爬梯的立柱不与吊车相碰。

4.2 抽柱处屋面梁与托梁连接

冶金厂房中会有抽柱的情况，厂房是刚架形式时，最好屋面梁与托梁叠接，这样做的好处是托梁两端与柱顶连接时可避开节点核心区的加劲，核心区的加劲和柱顶的盖板可以在工厂焊，以保证质量。

5 墙架系统

5.1 墙架柱与吊车梁辅助桁架节间对应

厂房纵墙采用悬挂式结构，竖向荷载由墙架柱传给吊车梁辅助桁架，上端以天沟为水平支点。要注意的是墙架柱的位置要与吊车梁辅助桁架的节间对应，保证强加荷载以集中力传至辅助桁架的节点，而不是传至桁架的节间。同样墙架柱上部应与屋面天沟底部的加劲错开。这里面还有一点需要注意就是，墙架柱的上段以天沟作为支点，天沟平面外刚度较差，受弯性能较弱，应该在墙架柱支点位置，把天沟与屋面支撑体系相连，这样墙面的水平力就通过天沟传给屋面支撑体系。

5.2 山墙墙架柱间设支撑

山墙采用自立式结构，竖向荷载由墙架柱直接传到基础，上端以屋面檩条作为水平支撑点。当厂房较高或吊车吨位较大时，为保证山墙的刚度，在墙架柱间宜设置柱间支撑，尤其是在地震烈度较高的地区更应该设置。对单跨厂房一般设置一道柱间支撑，当厂房高度与跨度之比较大时(高度接近跨度的2倍时)宜设置两道柱间支撑。对等高多跨厂房，可仅在两侧跨的山墙设置柱间支撑；对不等高多跨厂房，应在高跨和低跨分别设置。在柱间支撑的节点处，宜设置通常的水平系杆，作为未与柱间支撑相连的墙架柱的侧向支承点。

6 结语

大型厂房的设计是一个大的系统工程，并不是一个人从上到下慢慢完成的。实际的设计过程中，往往是4个人～5个人，每人一个系统做下来。这样就需要设计人员相互配合，把系统间的连接和对应关系搞清楚。以上所提到的问题都是在工作中经常碰见的问题，并提出了一些观点，可能有不妥的地方，愿和业内人士共同探讨，其目的就是把重型厂房设计得更合理，更安全，减少现场的返工。