1、淘寶專業學術雜志店com第 43 卷 第 3 期2013 年 2 月上結構Building StructureVol 43 No 3Feb 2013福田汽車鋼結構工業廠房設計要點分析，馮廉( 中國中元國際工程公司，北京 100089)摘要 以福田汽車大型工業項目為例，對鋼結構工業廠房結構設計中的規范標準參數取值、主體結構安全性、支撐體系的穩定性等一系列要點問題進行分析，并提出相關有益的參考。要點，為相似工程的設計和工作提供 單層工業廠房; 門式剛架; 抽柱排架; 托架; 隅撐號: TU27，TU318. 2文獻標識碼: A文章編號: 1002 848X( 2013) 03 0117 05Ana

2、lysis on design review keypoints for FOTON steel-structural factory buildingDeng Fanrong，Feng Lian( China IPPR International Engineering Corporation，100089，China)Abstract: Taking the FOTON project for example，a series of key issues in the process of reviewing the design of steel structural factory b

3、uilding were discussed，including parameter selection of code，safety of major structure and stability of braces And design reviewing keypoints are given through analysis and discussion，which could provide beneficial reference for similar engineeringsKeywords: single story factory building; portal fra

4、me; bent with local deleted column; bracket beam; knee brace0引言北汽福田汽車類、第二類廠房還根據民用工程設計技術措施( 2009 年版) 4 ( 以下簡稱技術措施) 參照執行。主要指標見表 1。近年來分別在北京市懷柔、昌平、密云及河北省承德等地，建設多項大型汽車工業項目 100 多萬 m2 ，主體均為鋼結構工業廠房，屋面和均為輕型薄壁檁條加保溫壓型彩板，抗震設防烈度分別為 6 度、7. 5 度、8 度，場地類別為類和類。審圖分成兩大類型: 一是無吊車工業廠房，計有成品、廢料、倉庫等，一般為單跨和多跨門式剛架或鋼框架結構; 二是有吊車

5、工業廠房，圖 1 無吊車工業廠房的分類等車間，還有冷計有熱鑄造總裝、分、配料等車間，基本上采用單層多跨工業廠裝無吊車廠房主要指標表 1房的剛架。該項目設計工作由多家設計院承擔，彼此間的設計方法、技術條件、指標均有較大差別，增加了項目難度。1無吊車工業廠房的審圖要點無吊車工業廠房分成兩類，第一類是高度注: H = 10 m 是圖集 02 SG518 1 的界定條件。在 10m 以下，且鋼柱、鋼變截面，柱腳為鉸接有吊車工業廠房的審圖要點有吊車工業廠房也分成兩大類: 第一類是吊車2( 圖 1( a) ) ，一般按門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程( CECS 102: 2002) 1 ( 以下簡稱規程)

6、起重量 Q20t 的工業廠房( 圖 2 ( a) ) ，柱H 形，并 參照圖集 02SG518-等截面或以內，審圖I 形變截面，柱腳按，柱高在 13. 0m圖集 04SG518-12 ( 以下簡稱圖集 02SG518-1 ) 執行; 第二類是高度在 10m 以上，且鋼柱、鋼梁均為等截面，或鋼梁是變截面，35 ( 以下簡稱圖集 04SG518-3 ) 標準執行; 第二柱腳為形式( 圖 1 ( b) ) 。對此類型， Q 50t 的工業廠房( 圖類是吊車起重量20t2，規程外，亦按除參照抗震設計規( b) ) ，柱等截面，或變截面，柱腳為范( GB 500112010 ) 3 ( 以下簡稱抗震規范

7、)中的單層鋼結構的有關規定采取加強措施，對第一作者簡介:，教授級高級工程師: Dengfanrong ippr net。類別柱頂位移屋面斜梁撓度構件長細比門式剛架H10 m1 /100 1 /80f1 /180 ( 無吊頂)f1 /240 ( 有吊頂)柱 180其他 220門式剛架H 10 m1 /200 1 /150f1 /250柱 150其他 200淘寶專業學術雜志店com結構2013 年118柱高大于 13. 0m，審圖嚴格按鋼結構設計規范平面內和平面外的穩定應力等) ，計算程序可采用( GB 500172003) 6、抗震規范及執行，還參照技術措施執行。主要2 所示。規程指標如表PKP

8、M 或理正軟件的工具箱，應力比下，壓桿長細比滿足 200。在 0. 90 以( 7) 對于工業廠房柱、梁鋼結構 H 形截面，STS軟件分析會提及柱梁腹板高h0 / tw 和翼緣寬b / t，若不滿足抗震規范9. 2. 14 條條文說明表 6 的限制 ，軟件會提示超限，此 應引起重視和加強。4鋼柱腳基礎鋼柱腳基礎一般采用鋼筋混凝土基礎較圖 2 有吊車工業廠房的分類多，也可采用鋼筋混凝土條形基礎，如半龍門吊的基礎可做成條形基礎一定要注意車間地面荷有吊車廠房主要指標表 2載的影響，在檢查基礎最大應力產生的附加應力進行核算。應考慮地面荷載基礎，應十分注意基礎臺階的寬高比，應滿足 b / h2. 5，否

9、則應提高臺階的高度 h。對地基承載力的，有兩種不同公式應加以區別:1) fa = fka + b ( b 3 )+ d 0 ( d 1. 5 ) ( 適用于北注: 1 ) 吊車軌頂位移值 1 /1 250 ，僅適用于一臺 A7 ，A8 工作制吊車的標準水平剎車力情況; 2 ) Q = 20 t 是圖集 04 SG518 3 的界定條件; 3 ) fay 為鋼材屈服強度。京地區，詳見北京地區地礎勘察設計規范( DBJ 11-5012009) 9; 2 ) f= f+ ( b 3 )aakb+ d m ( d 0. 5 ) ( 詳見( GB 500072011) 10) 。條形基礎一般按彈性地基梁

10、，并采用專業程序地礎設計規范結構計算應用程序的分析結果( 1) 采用 PKPM 平面建模、平面導荷載，切榀形成橫向平面剛架或縱向平面剛架。只按平面剛架的計算結果，不采用空間三維分析計算結果。( 2) 平面剛架分析，一般采用建研院編制的 STS鋼結構排架計算軟件，而 新版 STS 軟件已考慮了抗震規范中的鋼結構的低延性、高彈性承載力的性能設計。考慮鋼結構制作、施工的不利因素，對于屋面梁的應力比宜 在 0. 90 左右，對于鋼柱的應3計算。車間圍護墻體的地基設在凍土層下或采取防凍脹的措施，對于車間大門處的地則應驗算汽車荷載的作用影響。斷開，否北汽福田項目的柱基礎大多采用 CFG 復合地基處理，在則

11、嚴格明確施工應具備的施工資質和業績要求，并對 CFG 處理后的地基承載力和變形提出要求，一是柱基礎的最終沉降值 50mm，二 是兩個柱基礎的沉降差值滿足規范0. 002 傾斜率要求。力比宜在 0. 95 以下。( 3) 對于工業廠房剛架的風荷載體型系數 s ，風荷載輸入計算應引起重視，根據鋼結在結構體系的穩定性要點5構設計手冊7 的意見，建議一般剛架為 L / h 40輕屋蓋單層工業廠房鋼結構無抗震等級，但應考慮結構體系穩定性及不同抗震設防烈度的構造措，門式 剛架宜采用結構荷載規范 ( GB500092012) 8 ( 簡稱荷載規范) 的 ，這樣才s能更有效保證剛架設計的安全。( 4) 對于特

12、殊的剛架，如: 柱網布置不規則剛架、抽柱剛架、具有主次梁的托梁剛架等，均按真實施，因此行。要參照抗震規范表 9. 2. 12-2 執內容包括: 上弦水平支撐( 橫、縱) 、上弦的通長系桿、柱間支撐、隅撐、山墻支撐等。對于結構體系的穩定性，將工業廠房分成的受力狀況進行。兩種類型: 第一類是無吊車廠房和 Q5t 的廠房，因為無吊車或吊車噸位小，其縱、橫向吊車的工作振動( 5) 有非標準吊車，應按的吊車則要求進行吊車序計算，當吊車工作制為 A7，A8梁的疲勞驗算。影響亦小，此的屋面支撐體系可放松些，可參照圖集 02SG518-1執行; 第二類是有吊車且 Q 10t的工業廠房，因吊車的橫向與縱向剎車力

13、影響較大，( 6) 對于大噸位吊車，當 Q 30t 并有制動結構，均應驗算制動板和制動桁架的應力( 包括屋面支撐體系也應加強一些，此可參照圖集類別柱頂位移屋面撓度構件長細比Q20 t1 /400 ( 風)1 /300 ()f1 /360 1 /300柱 120 槡235 / fay其他 20020 t Q50 t1 /400 ( 風) 1 /300 () 1 /1 2501)f1 /400 1 /360柱 120 槡235 / fay其他 200淘寶專業學術雜志店com第 43 卷 第 3 期，等 福田汽車鋼結構工業廠房設計要點分析11904SG518-3執行。屋面支撐體系設置原則是增加屋面整

14、體剛度，工作的影響較小; 當 Q 10t靠墻檁隅撐是撐不住的，此，柱子平面外的穩定Ly 不取墻檁間距，應取吊車梁( 牛腿處) 至柱腳及柱頂的距離 H1 ，H2 ，即吊車梁才能作為柱子平面外的上柱和下柱的縱向支有效傳遞吊車剎車力等水平荷載屋面在安裝和使用的穩定性，屋面支撐設置應該注意以下問題:( 1) 屋面體系的縱向兩端和中間要設置橫向水平支撐，并與柱間支撐的設置相對應。( 2) 屋脊處應設置通長的縱向剛性系桿。撐點。有許多設計，往往取墻檁的間距來柱子平面外的長細比 ，這是不夠的，應取吊車梁的縱向支撐作用才可靠。抽柱剛架和彈性支座托梁的因工藝布置的要求，往往要在幾根柱子，這就是工業廠房普遍6(

15、3) 屋面跨度大于 15m跨中( 或橫向水或中柱拔掉的抽柱剛架。平支撐交點處) 設置一道通長的系桿: 無吊車可設置受拉系桿; 有吊車且 Q 5t( 4) 有托架或抽柱區域通長的縱向水平支撐。宜設置受壓系桿。縱向設置局部或因為工業廠房一般不做空間工作分析，只做平面剛架分析，因此，如圖 3 所示，在處理抽柱剛架計算，如何簡化抽柱展開剛架的問題( 因部分設計單位不熟悉抽柱剛架的荷載計算，特作詳細說明) 。( 5) 跨度較大且 Q 16t 以上，應設置由橫向水平支撐及桿組成的屋蓋支撐體系，此要求: 1) 相鄰橫向水平交叉支撐之間沿廠房縱向設置多道通長系桿，以保證屋面梁的整體穩定，并有效傳遞吊車產生的水

16、平力，一般不應省略; 2 )重選用張緊圓鋼作為水平交叉支撐，一般僅在 6 度區、無吊車( 或 Q5t) 且屋面荷載較小的較低門式剛架中使用。柱間支撐設置 一定要與屋面的橫向水平支撐相對應，當 Q10t，審圖要求:( 1) 應有吊車縱向水平力和風荷載下的柱間支圖 3 抽柱剛架平面示意圖撐的驗算，并柱間支撐的長細比 200。在處理主、次剛架 ，研究范圍一般取 2 × 6m 柱距間斜線范圍，因為假設屋面剛度 EJ = ，在水平力作用下各個柱頂位移都相等，可以將圖 4 簡化成圖 5 所示剛架進行計算。計算關鍵是吊車荷載的輪壓反力取值的確定，( 2) 柱間支撐作為鋼結構車間的溫度區段考慮，則要

17、求車間中部應設置上柱支撐和下柱支撐，若遇車間大門有礙則應設置下柱的門式支撐或適當偏移，對于車間結構溫度區段的縱向兩端，因為 是溫度區段的自由伸縮區，則要求僅設置上柱柱間支撐即可。對于山墻柱支撐則視山墻寬度和高度， 參照圖集 02SG518-1和圖集 04SG518-3執行。輕型鋼結構的隅撐設置，可將隅撐分成屋面梁的隅撐和鋼柱的墻檁隅撐兩類:( 1) 屋面梁的隅撐，一般是按屋面檁條的間距來確定的需根據計算書中屋面梁的 Ly 值加以。( 2) 外鋼柱柱頂的檐口處，柱頂內側設置還要看門鋼圖 4 簡化前的 2 跨剛架一道墻檁隅撐以提高鋼柱穩定性，此柱的 Lx 和 Ly 的計算取值，Lx 取鋼柱全長 &

18、#215; 系數，Ly 則取墻檁條的間距。( 3) 若屬于有吊車的廠房剛架柱，隅撐設置則要鋼柱計算Lx 和 Ly 長度取值，STS 軟件對Lx 和 Ly 都有定義; Lx 取鋼柱全長 × 系數，Ly 的取值如下: 當 Q 10t，Ly 可取墻檁的間距，因為吊車縱向圖 5 簡化展開后 4 跨剛架淘寶專業學術雜志店com結構2013 年120現以 24m 跨的吊車荷載為例( 2 臺吊車輪壓)(圖重要節點連接的廠房連接節點是實現結構安全、穩定的重要因素，一般包括以下幾方面內容:( 1) 柱頂節點無論柱頂連接采用何種形式，均要求驗算柱梁76) : 則作用在 4 跨展開剛架的、右小吊車作用=

19、R2 ，P A2 = ( R1 + R3 ) /2，P B = R4 。反過來?力 P A1軸小輪壓，? 軸大輪壓，又有一組、右大的 P A1 ，P A2 和 P B 值。同樣可以求出? 軸的水平剎動力( 考慮吊車的卡軌作用) 的 TA2 ，TA1 和 TB ，對于抽柱展開剛架，審圖 一定要認真復核輸入的主、次剛架牛腿節點處荷載的正確性。若不熟悉抽柱展開剛架，也可按照圖 7 作簡化處理，圖中 P A1 ，P B ，P C1 的取值參照展開剛架的輪壓反力值。相交節點域的剪應力，當不滿足要求厚節點腹板和增設斜加勁肋板，常見的連接圖 9 所示。要求加圖 9 柱頂節點圖 6 輪壓反力示意圖( 2) 牛

20、腿節點牛腿則要求吊車輪壓和吊車剎動力的抗剪驗算，并要求設置相應的加勁板，常見的構造如圖 10 所示。圖 7 主、次剛架示意圖但在次剛架計算 ?軸托架梁的支座沉陷必須輸入計算才正確。至于托架處的支座豎向位移值可事先按單跨或多跨連續梁來確定。取? 軸的托架梁，計算簡圖如圖 8 所示。圖 10 牛腿節點( 3) 柱腳節點外露式柱腳需驗算柱底水平抗剪承載力，承載力不足應要求增設抗剪鍵并預留槽口，如圖 11圖 8 ?軸托架梁豎向位移計算簡圖圖 8 中 P 為屋架梁的集中力，按計算圖計算出在集中力 P 作用下的垂直位移 ，此豎向位移 即為次剛架的?軸彈性支座的豎向位移值。對于有多級的屋面主、次梁的結構，審

21、圖 則建( a) 所示。式柱腳利用鋼柱和混凝土基礎間的握裹力將柱腳內力( N，M，V) 傳遞給基礎應要求柱腳滿足規范最小埋深要求，如圖 11( b) 所示。該柱腳形式常應用于有大噸位吊車的工業廠房。( 4) 抗風柱頂節點抗風柱一般用于承受圍護結構傳來的水平風荷載作用，理論上與屋架或屋面梁之間只傳遞水平力、議可以按屋面的平面交叉結構來復核，此可以得到精確的主、次梁( 托架、屋架) 的支點沉陷值。目的是保證托架支承屋架處的沉陷值，在規范的限制內，不致出現屋面“鍋底”積水現象。另外審圖還要求主、次梁屋架的相鄰中心撓度值傾斜率在 0. 002 之內。不傳遞豎向力，為保證屋架或屋面下的側向穩定性，一般要

22、求抗風柱與屋結合設置，如圖 12 所示。水平力作用支撐淘寶專業學術雜志店com第 43 卷 第 3 期，等 福田汽車鋼結構工業廠房設計要點分析121結語鋼結構的安全性和整體與局部穩定性是第一位的，決不能姑且放松。因為國內鋼結構輕鋼廠房在施工和使用中，曾發生過多次倒塌事故，應引起高度8的重視。鋼結構廠房的優化是第二位的，在審圖中發現較多不符合規范規程和影響安全的做法，經了解得知生產廠家為了節省造價，降低了標準，本來不屬于門式剛架范圍的，卻片面選用規程圖 11 柱腳節點作為設計依據。必須按鋼結構現行規范、規程，分清門式剛架不同及北京市施工圖要點高度的設計要求，分清抗震和非抗震的設計標準，分清吊車起

23、重量大小的影響，并 參 照圖 集Q02SG518-1和圖集 04SG518-3執行。參考文獻1 CECS 102: 2002 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程S北京: 中國計劃，2003圖集S 北京: 中國2 02SG518 1，20022010抗震設計規范S 北京: 中國，2010圖 12 抗風柱頂節點3 GB 50011工業( 5) 托架與屋面梁連接節點屋面梁直接支承在托架上4 住房和城鄉建設部工程質量安全監管司民用工程設計技術措施 M 2009 年版 北京: 中托架和屋架之間設置隅撐，如圖 13( a) 所示，以增加托梁平面外國計劃04SG518 3，2009的穩定性。屋架與托架的形式較常見，如圖 13( b) 所示，該連接方式有利于托梁和屋面梁的平面外穩定性，但應補充節點處的連接計算。5 圖集S 北京: 中國，20042003 鋼結構設計規范S 北京: 中國計，20036 GB 5001