浅谈钢筋加工厂大棚主要设计验算

向乐

摘要：钢筋加工厂大棚的验算主要分为结构验算和基础验算，结构验算主要为钢筋大棚钢结构的相关验算，基础验算主要为地基承载力、预埋件、焊缝以及抗倾覆验算等。本文结合贵州沿印松高速公路项目钢筋加工厂大棚通过各项设计验算，得出了结论，对类似工程具有一定的借鉴作用。

Abstract： The check calculation of the steel processing plant greenhouse is mainly divided into the structure check and the foundation check. The structure check is mainly related to the steel structure of the steel bar. The foundation check is mainly the foundation bearing capacity， embedded parts， welds and anti-overturning check. In this paper， combined with the design and calculation of the reinforced processing factory shed of the Guizhou Yanhe-Yinjiang-Songtao Expressway Project and through various design checks， the conclusions is obtained， which has certain reference role for similar projects.

關键词：钢筋加工厂;大棚;结构验算;地基承载力;预埋件;焊缝;抗倾覆

Key words： rebar processing plant;greenhouse;structural check calculation;foundation bearing capacity;embedded parts;welds;anti-overturn

中图分类号：TU392.2                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）05-0160-04

0  引言

随着厂站标准化的大力推行，及安全生产日益重要的国情下，使得厂站临时结构的安全性变的尤为重要，相应的专项方案要求也随之提高。以往的厂站专项方案中虽有部分结构验算，但是大多数都不全面，为了切实保证厂站临时结构的安全性能，有必要对相关验算进行梳理并推广。

1  工程概况

贵州沿印松高速公路钢筋加工厂地基承载力标准值取动力触探试验测得的地基承载力260kPa，容重为20.5kN/m3。贵州铜仁地区基本风压为0.2kN/m2（10年一遇），基本雪压为0.2kN/m2（10年一遇）。

钢筋加工厂大棚采用弧形拱架轻钢结构，大棚顶部采用多跨双坡门式钢架，跨度（宽）26m，檐高10m，棚顶拱高2.4m，全长132m，立柱间距6m，等跨等高等间距布置。

立柱采用？准299×8mm钢管，三元拱梁采用3根？准60×3.5mm钢管，双层拱梁上下弧度间距480mm，采用？准20×2mm钢管对拱梁进行三角支撑加强;顶棚檩条采用120×60×2.75mm矩形钢管，间距为1m，立柱之间使用加强拉筋加固，屋面四周采用0.4mm彩钢单板包围9m高，上部预留通风口。所用钢材均采用Q235钢。

立柱基础为54个台阶式C25混凝土基础，基础尺寸为上部0.7×0.7×0.3m，下部尺寸为0.9×0.9×0.5m，基础埋深0.7m，每个基础混凝土用量0.552m3。

预埋钢板采用60×60×2cm，锚筋采用？准25带肋钢筋;立柱底部钢板为34×34×1cm钢板，焊接采用直角焊缝

2  钢筋大棚的结构验算

20×2mm钢管：（三元拱梁连接件）截面积：A=113.097mm2;惯性矩I=4636.991mm4;截面模量W=463.46mm3;单位重量：0.888kg/m。

299×8mm钢管：截面积：A=7300mm2;惯性矩I=77474200mm4;截面模量W=518220mm3;回转半径i=102.9mm;单位重量：57.41kg/m。

60×3.5mm钢管：截面积：A=621.3mm2;惯性矩I=248850mm4;截面模量W=8290mm3;回转半径i=20mm;单位重量：4.875kg/m。

120×60×2.75mm方钢管：截面积：A=960mm2;惯性矩I=615400mm4;截面模量W=20510mm3;单位重量：7.53kg/m。

彩钢瓦厚度0.4mm：单位重量：3.69kg/m2。

Q235钢材的[σg]=235÷1.2=195MPa

2.1 棚顶檩条受力计算

棚顶檩条受到彩钢瓦的压力、自重和雪压：

q=1×3.69kg/m2×9.8+7.53kg/m×9.8+200N/m2×1m=310N/m

其最大弯矩产生在跨中：

Mmax=ql2/8=310×6×6/8=1395N·m

σw=Mmax/W=1395/（20510×10-9）×10-6=68.02MPa

σw=68.02MPa<235/1.2=195MPa

故，强度满足要求。

2.2 棚顶拱梁架受力计算

拱梁架受到雪压、彩钢瓦、檩条压力和自重：q=310+（4.875×3×9.8+0.888×1.5×9.8）=466.38N/m

其最大弯矩产生在跨中：

Mmax=ql2/8=466.38×26×26/8=39409.11N·m

I=I总+a12A+a22A+a32A

=3×248850+621.3×（480/3）2+621.3×（480/3）2+621.3×（480×2/3）2

=96178230mm4

W=I/Y=96178230/（320+30）=274795mm3

由于受力弯曲时，梁的弯矩随截面位置变化，Mmax所在截面称为危险截面，最大弯曲正应力发生在弯矩最大的截面上，且离中心轴最远处，该处为危险点。

σw=Mmax/W=39409.11/（274795×10-9）×10-6=143.4MPa

σw=143.4MPa<235/1.2=195MPa，强度满足要求。

2.3 棚顶拱梁受力分析

由上述得知立柱受到的上部结构压力q1=466.38N/m

H=q1L2/8f=466.38×26×26/8×2.4=16420N/m

立柱頂端位移f=HL4/8EI=16420×104×106/8×2.06×105×77474200=1.3mm

可知立柱在水平力作用下位移较小，按照简化计算。（图2）

针对钢筋大棚采用拱形和直线梁结构从受力讲肯定拱形结构更有利，同时采用拱形更有利于坡面排水和外形美观。因为棚顶荷载相对较小，可以采用简化计算，根据跨径及排水考虑起拱值，可不考虑外力，梁的材料主要取决于跨径大小。（图3）

2.4 立柱受力计算

立柱采用？准299×8mm钢管，立柱高度为10m，间距6m，中间立柱受力最大。钢筋大棚为22跨连续结构，偏安全考虑，取单跨计算，计算模型如右图：立柱受到的上部结构压力q1=466.38N/m。

由于在混凝土进行锚固，按照悬臂进行计算：

计算长度l0=0.7×L=0.7×10=7m;

长细比λ=l0/i=7÷0.10292=68.0;

钢管为a类截面，查表得稳定系数为0.849;

ψ[σg]=0.849×195=165.56MPa

σ=F/A=466.38/7300×103=63.89MPa<ψ[σg]=165.56 MPa

满足要求。（图4）

3  钢筋大棚立柱基础及抗倾覆验算

3.1 地基承载力修正

当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，应按下式进行修正计算：

fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）

钢筋大棚基础埋深为0.7m，底部尺寸为0.9×0.9m，故只需对埋深进行修正，场地为大面积后填开山石渣，修正系数ηd取2.0，修正后地基承载力按下式计算：

fa=fak+ηdγm（d-0.5）

=260+1×20.5×2×（0.7-0.5）

=268.2kPa

得，修正后的地基承载力为268.2kPa。

3.2 基础验算

基础采用C25混凝土，轴心抗压设计值为11.9N/mm2。

综上得知：立柱受到的上部结构压力q1=466.38N/m。

钢筋大棚立柱间距为6m，以6m为一个单元对基础进行验算：

q=466.38×6=2798N/m

G=V反=ql/2=2798×26/2=36374N

每个支腿下与基础接触面为50×50cm，

对基础产生的轴心抗压为0.145N/mm2，小于

11.9N/mm2。

故基础满足要求。

3.3 地基承载力验算

基础地面的压力：当轴心荷载作用时pk？燮fa，pk应按下式计算：

pk=（Fk+Gk）/A

Gk=0.552×2.4×10+（0.9×0.9-0.7×0.7）×0.3×20.5

=15.22kN

pk=（36.374+15.22）/（0.8×0.8）

=80.62kN/m2<268.2kN/m2

故，地基承载力满足要求。

3.4 立柱焊缝受力计算

采用直角焊缝，由于它的抗剪能力较强，其抗剪强度设计值较对接焊缝取值较高，且角焊缝受剪力情况较多，故不分受力种类，抗拉、抗压、抗剪的强度设计值均采用同一标准，因此焊缝强度可按下列公式计算：在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下：

当力垂直于焊缝长度方向时：

σf=N/helw？燮βfftw

当力平行于焊缝长度时：

τf=N/helw？燮ftw

基本风压取10年一遇，立柱焊缝按单个计算，立柱间距6m，受风面按6m宽计算。

F1=0.2×9×6=10.8kN

F2=0.2×2.4×6=2.88kN

对基础顶产生的弯矩为

P=F1×5+F2×11=85.68kN·m

已知焊缝长度为34cm，水平力N=P/h=85.68/0.34 =252kN

基础底面焊缝受力N=252kN。（图5）

3.4.1 立柱焊缝验算

立柱底板尺寸为34cm×34cm×1cm

则基础预埋钢板与立柱底板的焊缝验算如下：

焊缝为直角焊缝，焊脚尺寸为hf=10mm

即取he=0.7hf=7mm，lw=340-10=330mm，βf取1.0，ftw=160N/mm2

垂直于风荷载方向的焊缝强度：

σ=N/helw=252000/（7×330）=109N/mm2<1.0×160N/mm2

平行于风荷载方向的焊缝强度：

τ=N/helw=252000/（7×330）=109N/mm2<160N/mm2

即焊缝强度满足要求。

3.4.2 预埋筋焊缝验算

大棚立柱基础预埋锚筋直径25mm，满焊，则基础预埋钢板与预埋锚筋的焊缝验算如下：

焊缝为直角焊缝，焊腳尺寸为hf=10mm

即取he=0.7hf=7mm，lw=500-10=490mm，βf取1.0，ftw=160N/mm2

垂直于风荷载方向的焊缝强度：

σ=N/helw=252000/（7×490）=73.47N/mm2<1.0×160N/mm2

平行于风荷载方向的焊缝强度：

τ=N/helw=252000/（7×490）=73.47N/mm2<160N/mm2

即焊缝强度满足要求。

3.5 预埋件验算

钢筋大棚基础预埋件承弯剪荷载，验算采用下式：

K1Vj？燮（1.5As1fst1+As2fst2）ar

K2Mj？燮0.85h0As1fst1ar

钢筋大棚基础预埋件采用60×60×2cm钢板，锚筋采用4根？准25HRB400钢筋，fs1 、fs2=360N/mm2，As1=As2=490.63×2=981.26mm2，锚筋间距为40cm，h0=0.4+0.1=0.5m，ar取1.0，Mj=P=85.68kN·m，Vj=N=252kN。

K1Vj=1.55×252=390.6kN

（1.5As1fst1+As2fst2）ar =（1.5×620×360+620×360）×1

=558kN>390.6kN

K2Mj=1.5×85.68=128.52kN·m

0.85h0As1fst1ar=0.85×500×981.26×360×10-6=150.13kN·m>128.52kN·m

故，预埋件安全。（图7）

3.6 钢筋大棚抗倾覆验算

倾覆力矩计算如下：

M倾=F1×5+F2×11=85.68kN·m

大棚及基础稳定力矩计算：

2个立柱+2个基础G1=（0.552×2×2400+57.41×10×2）×9.8/1000=37.22kN，上部结构重力G2=466.38N/m×6×26/1000=72.76kN。得：

M稳=G1×0.9/2+G2×26/2=962.6kN·m

M稳/M倾=926.6/85.68=10.8>1.5

满足抗倾覆要求。

至此，所有验算结束，均满足要求。

4  结论

通过验算，钢筋大棚结构、基础等均满足要求，达到了安全和适用性要求，下一步需要在经济性上进行调整完善。根据验算结果，可适当调整部分构件尺寸等，以最少的经济投入满足现场安全生产需求。

参考文献：

[1]滕延京.GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]金新阳.GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]江正荣.建筑施工计算手册[M].三版.北京：中国建筑工业出版社，2013：1-1302.

[4]潘继明.建筑五金实用手册[M].北京：机械工业出版社，2014：1-1042.