带双层吊车的某钢结构厂房轻量化设计

茆 春 芜湖鸠源建筑设计有限公司

1 前言

随着国内经济发展，普通的轻钢厂房小吨位吊车已经无法满足多种起吊高度、多种起吊重量的需求，同一跨内重型吊车与轻型吊车同时工作已成为现阶段业主最主要需求，双层吊车就成为首选方案。

2 工程概况

安徽省航天机床制造股份有限公司位于马鞍山博望区，1号厂房建成后，将成为其最主要的生产基地。本厂房横向为二连跨，纵向为高低跨。A区为高跨双层吊车厂房，工艺上要求在14.55m标高位置（轨顶标高）每跨设置单台50t桥式吊车，而在8.40m标高位置（轨顶标高）一跨设置单台32t桥式吊车，另外一跨设置两台16t电动单梁吊车；B区为低跨单层吊车厂房，一跨运行两台10t电动单梁吊车，另外一跨与高跨厂房的下层吊车相通，也运行两台16吨电动单梁吊车，本厂房考虑到低跨厂房有部分材料已具备，故在高低跨分界处采用分缝形式。建设地区的基本风压为0.4kN/m2，基本雪压为0.75kN/m2，平面尺寸为（20+20）m×（45+48）m。本文重点阐述的部分是A区双层吊车厂房部分。

图1厂房平面布置图

3 结构选型

由于本厂房高度较高，起重吨位达到50t，但是跨度只有20m，业主对柱距的要求仅限于大于7.5m，结合上述情况，本工程拟采用双肢格构柱及实腹式钢梁组成的钢框架体系作为结构方案，此方案具有屋面系统结构形式简单、柱子系统用钢量小以及加工方便等优势。针对本结构体系考察了9m、12m不同柱距刚架的用钢量情况：经过初步计算，厂房的刚架用钢量增幅较少（约15%），而吊车梁系统用钢量增加约50%，吊车梁系统的总用钢量已超过主刚架，起控制性作用；同时屋面檩条系统Z型檩条超过9m跨度已不再适用，对12m柱距改用高频焊接H钢后，用钢量大幅提高。综合比较后，最终选定9m柱距作为优选柱距。

4 刚架计算及其特点

本结构采用中国建筑科学研究院PKPM的重钢设计软件STS。荷载应按照《建筑结构荷载规范》进行取值；刚架按照GB 50017—2017《钢结构设计标准》进行计算；梁柱计算长度的选取是本刚架重点，其中柱子平面内计算长度取将柱头铰接释放后计算出来的计算长度，主要因为柱头与梁刚接时，STS考虑到《钢结构设计标准》附录E.0.6计算假定是柱顶可移动但是不能转动，而实腹式梁的刚度难以达到对柱顶这样的约束条件，故将柱顶铰接，按照附录E.0.5柱顶即可移动也可转动，用这样一个偏安全的处理方式给结构留下一定的储备，而柱平面外计算长度按照柱间支撑选取；而梁的平面外计算长度考虑隅撑对梁平面外的弹性支撑的作用减小梁的平面外计算长度。

刚架柱边柱下阶采用焊接型槽钢（角钢：L160mm×100mm×12mm，钢板：-300mm×12mm）和HN400mm×200mm组成的格构柱，中柱下阶采用2HN400×200组成的格构柱。格构柱柱肢直接升至50t上层吊车梁底，吊车荷载直接传递给钢柱，可以大幅度减少柱子系统的用钢量并提高结构安全度；而下层吊车因吨位较小，可以采用悬挑式牛腿来承担，牛腿同时可以充当格构柱横隔，减少了构造需求；钢柱柱脚采用插入式柱脚，比靴梁构造简单且节约了钢材。

5 支撑系统

本工程A区和B区屋面水平支撑布置均布置在端头处，同时柱间支撑也布置在端头位置。因为结构设缝，且单体长度小于50m，所以可以在端头设置柱间支撑，同时高低跨位置，高跨山墙的抗风柱采用上端铰接悬挂的方式，其下端水平支撑点正好位于低跨屋面纵向系杆的位置，系杆通过水平支撑将高低跨山墙风荷载传递给低跨高低屋面交界处的柱间支撑，在通过柱间支撑传递给基础，完成一次高低跨山墙风荷载力的传递，此抗风柱下端螺栓孔采用竖向长圆孔的形式释放掉竖向约束，保证与计算模型相一致。在屋面边跨位置增加了屋面纵向支撑，加强结构屋面整体刚度，减小吊车运行时厂房的震动。

6 维护结构设计

本工程雪荷载颇大，C型檩条很难满足9m的跨度的荷载，若减小檩距经济型较差。本工程采用Z型连续檩条，边跨采用Z280mm×80mm×25mm×3.0mm，其余跨采用Z280mm×80mm×20mm×2.5mm，这样经济性能较好，体型系数较大的边跨稍微增加一些壁厚即可满足承载力及正常使用要求。墙梁仍然采用C型檩条，主要是考虑到窗户的形式较多，墙梁打断的位置较多，难以形成连续墙梁，此时因为跨度较小，冷弯薄壁型钢仍然可以满足，经济性能较好。

图2厂房典型刚架图

图3柱间支撑布置图

由此得到一个结论：一般情况下，9m是冷弯薄壁型钢维护构件的极限跨度，超过9m用钢量会大幅度提升，此时墙梁应考虑增加墙柱减小计算跨度，而檩条则改用高频焊接H型钢满级使用要求。

7 基础设计

本工程采用独立基础，根据建筑地基基黏土，承载力特征值fak=230kPa。考虑到基础埋深较深，故采用高杯口基础，插入式基础节约了上部结构的用钢量，同时在一定程度上节约了基础造价。

8 结束语

本文介绍了马鞍山航天机床厂1号厂房的设计，重点分析了结构体系，支撑系统以及维护结构与基础设计中的关键问题。总用钢量在100kg/m2，满足了经济适用安全可靠的要求。本项目为类似钢结构厂房的结构设计提供了较好的参考实例。