某重型钢结构厂房设计与分析

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1、某重型钢结构厂房设计与分析：以渤海造船厂100t桥式吊车重型钢结构厂房为例，介绍关于重型钢结构厂房的结构典型节点设计与思路。通过有限元软件设计与校核。主要结构为格构柱+变截面钢梁，围护结构采用轻型的屋面和墙面。　　关键词：重型钢结构厂房格构柱典型节点　　1.概述　　随着东北老工业基地的迅速发展，辽西地区葫芦岛锦州造船业迅速发展，重型钢结构厂房在各个领域也得到了广泛的应用，尤其在钢铁行业、冶金行业等领域应用最广。钢结构与混凝土结构相比有其独特的优点，它具有性能好、自重轻、工厂化程度高、建造速度快、劳动强度小

2、、环保、抗震性能好等特点。由于钢结构技术越来越成熟，钢结构设计软件也越来越先进和人性化，重型钢结构厂房将会更大的发展前景。　　2.工程概况　　分段组焊车间为葫芦岛渤海船舶制造有限公司的总装车间建筑面积20000.00m,跨度（31+28+31）m，各跨内设双层吊车，上层一台吊车Gn=100/20t,轨顶标高17.870m;下层两台吊车Gn=20/5t,，轨顶标高12.530m；结构选型为钢排架结构。本工程采用格构柱+变截面H型钢梁，墙面和屋面次结构为冷弯薄壁C型钢；围护结构采用现场复合保温板，即金属波纹外

3、板+玻璃丝保温绵+金属波纹内板。建筑剖面如图1所示。　　图1本工程平均用钢量为119.9kg/m2；该工程由葫芦岛云顶钢结构公司承建。　　3.结构设计与分析　　3.1结构设计本结构底部选用双肢格构柱，吊车梁以上部分为H型柱，梁采用变截面H型钢梁，梁与柱刚接。重型钢结构厂房的常规做法是采用框排架结构，即屋架采用梯形或三角形钢屋架，钢屋架与钢柱铰接。国家标准图集06CG04《《钢结构设计示例-单层工业厂房》》采用12m柱距，高频焊接H型钢檩条，屋面支撑系统均为高频焊接H型钢组成屋面刚性体系，但由于用钢量较大，

4、屋面H型钢主梁截面过高不经济。而本工程采用了钢托梁将檩条间距缩小为6m，檩条采用普通C型檩条有效地减轻了屋面重量，屋面钢梁采用轻型门式刚架中常用的锲形梁单元，该结构制作简单，安装方便，经济效益较好。重型钢结构厂房的设计关键主要是结构图的稳定性控制，在本工程中柱间支撑和屋面水平支撑均采用刚性支撑来加强整个结构的稳定性；在主刚架计算中严格控制吊车梁节点处和檐口处的水平位移，使其均在1/1250以内。　　本工程由于采用锲形梁单元，该单元只在CECS102：2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中有规定，而在

5、GB50017-2003《钢结构设计规范》中将其等效成等截面H型单元来计算，所以本工程为了保证结构可靠安全在主刚架计算中分两个过程：首先钢柱和钢梁全部套用GB50017-2003来计算，调整柱梁至满足要求；其次钢柱选用GB50017-2003、钢梁选用CECS102：2002来计算，调整柱梁至满足要求。同时满足以上两种计算方法，使结构更加安全、可靠、合理。　　3.2结构分析3.2.1结构布置本工程由于吊车吨位比较大，吊车在运行中容易引起较大的厂房振动，因此整个厂房的整体稳定是设计中的关键。屋面支撑采用角钢

6、支撑，并且通长设置纵向屋盖支撑，与横向支撑一起组成封闭体系，使厂房整体刚度得到加强；厂房在屋檐、屋脊、转折处以及相应位置通长设置刚性系杆，屋面支撑、系杆布置平面如图2所示。本工程根据工艺要求柱距采用12m，共长240m；分别在端跨、4和5轴、7和8轴之间设置柱间支撑，使水平力能有效地传至基础，其中在端跨只设上柱支撑，以利于吊车梁的温度应力释放。A、B、C轴柱间支撑、系杆布置立面如图3所示。　　3.2.2设计依据依据国家有关建筑结构设计规范，本工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，地震分

7、组为第一组[2]；建筑场地类别为Ⅱ类。主要设计荷载[3-40]为：屋面活荷载为0.40kN/m2；屋面恒荷载为0.30kN/m2（屋面采用轻型彩钢板）　　风荷载为0.60kN/m2（按50年一遇设计）；吊车荷载选用大连起重机有限公司吊车。　　荷载组合按规范确定。　　主结构钢柱、钢梁材料为Q345-B钢；吊车梁材料为Q345-C钢。　　3.2.3计算结果本工程采用中国建筑科学研究院的PKPM中的STPJ重型钢结构设计软件进行建模、内力计算和分析，并用上海同济大学的3D3S钢结构设计软件校核，按现行规范GB5

8、0017-2003设计。柱梁应力比控制在0.7-0.8。图5为主要节点吊车水平荷载位移和地震位移，其中上面数据为吊车水平荷载位移，下面数据为地震位移，其结构变形均满足相关规范变形限值要求。　　图2图3　　4典型节点构造　　4.1柱脚设计本设计中，柱脚按刚接设计，采用分离式中型靴梁柱脚和平板式柱脚。首先根据基础混凝土的抗压强度和柱承受的轴力确定柱底板面积，在本设计中由于设置了靴梁和腹板加劲肋隔板，可以大大减少底板的厚度，底板塑性