关于门式刚架厂房结构设计的思考

关键词：门式刚架；厂房两结构设计；思考 

　　近十年来门式刚架在我国发展很快，尤其在工业厂房中已得到广泛应用。但目前对一些厂房檐口较高，又有吊车荷载作用（特别是吊车吨位较大的桥式吊车）的门式刚架的设计，资料及经验较为缺乏。针对以上情况，下面谈谈自己对门式刚架结构设计的一些体会。 

　　对于有吊车的门式刚架，设计既要受力合理，又要经济，这与结构方案的优劣是密不可分的。能否控制好结构的水平位移是决定结构正常工作的关键，而影响结构水平位移的主要因素包括：风载、地震作用、吊车横向水平刹车力。针对以上各因素，设计时除了可加大梁柱截面尺寸外，还可通过选择合理的结构方案来达到同样的效果： 

　　1.1 刚性柱脚：此方法能有效地限制刚架的水平位移。因为刚架柱脚的刚接可直接加大刚架的整体刚度。 

　　1.2 刚架的柱顶与梁的连接采用刚接：通过此方法同样也可加大刚架的整体刚度。 

　　1.3 增大柱截面的高度：此方法对加大刚架的水平刚度是最有效的，但由于柱净高及经济的要求，不能随意加大柱截面高度。 

　　1.4 加大屋面梁的刚度，在多跨刚架结构中，加大两个边跨梁截面高度，能够有效的增加刚架的水平刚度。 

　　2 吊车梁系统、制动结构及柱 

　　2.1 吊车梁系统 

　　对于有吊车荷载作用下的门架结构，吊车梁是结构设计的重要单元之一。它对能否保证吊车的正常运行起决定作用。吊车梁的设计可按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）进行。吊车梁的材料一般选用Q235钢或Q345钢。跨度较小或中等跨度的吊车梁，强度起着控制作用，采用高强度钢（如Q345钢）可节约用钢量，但对于大跨度的吊车梁，吊车梁的刚度成了主要的控制因素，钢材的强度得不到充分的利用，可直接选用Q235钢。 

　　吊车梁系统的结构通常是由吊车梁（或吊车析架）制动结构、辅助析架（视吊车吨位、跨度大小确定）及支撑（水平支撑及垂直支撑）等构件组成。当吊车梁的跨度及吊车起重量均较小、且无需采取其他措施即可保证吊车梁的侧向稳定时，可不用制动结构：当吊车析架和重级工作制吊车梁跨度等于或大于12m，或中、轻级工作制吊车梁跨度等于或大于18m时、宜设置辅助析架和下翼缘水平支撑系统。 

　　吊车梁或吊车桁架设计时一般应考虑两台最大起重量的吊车进行计算。吊车梁或吊车桁架的形式选用应根据吊车起重量的大小、吊车梁或吊车桁的跨度以及吊车工作等级等确定。 

　　2.2 制动结构 

　　制动结构一般分为制动梁和制动析架。制动结构应按吊车水平荷载及其他因素所产生的水平荷载进行计算。其与重级工作制吊车梁的连接应采用高强螺栓连接，高强螺栓的直径一般采用18――22mm。 

　　2.3 柱 

　　移动的吊车同时产生不同于其它形式的垂直和水平荷载，因此作为吊车梁的支座―柱在整个结构上就显得尤为重要。与其它形式的工业建筑相比较，有吊车的建筑物要求设计人员在设计时考虑吊车在运行过程中产生的动荷载，结构过大的晃动和震动将导致整个吊车梁系统中各构件产生疲劳，还会导致卡轨及屋面泄漏。 

　　设计有吊车厂房结构时，支承吊车梁的柱的形式一般分为柱上设置牛腿或采用阶形柱的形式，对于吊车起重量大的也可采用分离式柱的方法，如电解车间。也可根据吊车最大轮压Pmax影响下的吊车梁支座处的反力Dmax大小和厂房檐口高度H来确定采用哪种支承形式。 

　　3 节点设计 

　　3.1 梁柱节点设计：刚架斜梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式。这里主要谈谈端板竖放的设计要点，通常情况下，柱翼缘与斜梁端板采用高强螺栓连接，连接处柱翼缘厚度应与梁端板相同，两者厚度一般应大于高强螺栓直径，同时梁与端板宜采用坡口焊；端板连接的螺栓应成对对称布置，在斜梁的拼接处，应采用将端板两端伸出截面高度范围以巾外的外伸式连接，当采用端板外伸式连接时，宜使翼缘内外的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近，当端板上两对螺栓间距大于400mm时，应在两对螺栓间增设一对螺栓，以保证节点刚度，减少节点变形，对同时受拉和受剪的螺栓，应验算螺栓在拉、剪共同作用下的强度。 

　　3.2 柱脚设计：门式刚架柱脚可设计成平板柱脚、插入式柱脚、埋入式柱脚及外包式柱脚，对于有吊车的门架柱脚，宜将柱脚设计成刚接，柱身与底板宜采用全熔透焊缝。柱脚锚栓应按规定设置弯钩或锚板，锚栓的直径不宜小于24mm，且应采用双螺帽。 

　　3.3 牛腿设计：牛腿上翼缘与柱连接焊缝宜采用焊透的V形对接焊缝，下翼缘和腹板与柱的连接可采用角焊缝。 

　　4 支撑系统的设计 

　　支撑系统既能保证刚架在安装时的稳定性，也能保证在使用阶段传递水平力至基顶。刚架结构体系的支撑分两种：一是屋面结构的横向水平支撑和纵向水平支撑、纵向柱间支撑；二是吊车系统的支撑。 

　　4.1 屋面横向水平支撑和纵向柱间支撑传递山墙风载和建筑物纵向水平地震荷载，能保证平面刚架的整体稳定及结构的空间稳定。 

　　4.2 吊车支撑系统的作用是将吊车纵向水平刹车力传递到基顶，一般设置在吊车梁下翼缘以下。在设计中温度区段长度不能按轻刚门式刚架的300m区段，而应按钢结构设计手册中单层房屋和露天结构温度区段长度取值，每个温度区段的支撑设置按以下方法确定：①在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。②通常将屋面支撑和柱间支撑设置在同一跨间，以组成几何不变体系，如不能布置在同一跨间，则应加设刚性系杆传力。一般柱间支撑应设置在温度区段的中部，或当温度区段较长时宜设置在三分点处，且间距不宜大于60m。③当有抽柱时，在抽柱的区段应设置纵向水平支撑，当为局部抽柱时，纵向水平支撑应向两端各延伸一个跨间。④当柱距较大，边柱列采用加墙架柱的方案时，应沿着设置纵向水平支撑。⑤当有高低跨时，应在高低跨处分层设置柱间上支撑及下支撑。⑥在屋脊处及柱顶处均应沿厂房通长设置刚性系杆，以传递水平力，当梁跨度较大时，也可适当增加刚性系杆，以减小梁计算长度。⑦当屋面设有天窗或通风器时，应在天窗架或通风器支腿下沿厂房设置刚性系杆。 

　　4.3 支撑的形式：屋面横向或纵向水平支撑采用钢拉杆，形式为 “X”型；压杆可采用双角钢、方钢管、圆钢管或屋面擦条。柱间支撑、吊车支撑形式一般采用“X”型，也有采用“K”，型或“框架”型。其中，“K”型或“框架”型支撑常用于因工艺或使用上的要求需要柱间支撑处开门，且开门尺寸较大时。 

　　5 屋面和墙面的模条系统 

　　门式刚架厂房最大的特点是围护结构的重量轻，大多采用压型钢板和保温隔热棉。屋面的擦条和墙凛一般采用C型或z型冷弯薄壁结构，多采用简支的支座连接方式。 

　　擦条设计时，拉条的设置对擦条的受力很重要，拉条可提高擦条的整体稳定性。一般在靠近擦条的上、下翼缘处各设置一层拉条，当上翼缘有屋盖板通过自功螺钉直接相连时，屋盖板即足以约束上翼缘的侧向位移及扭转，此时可取消上层拉条。如果屋脊两侧屋面坡长相差较大，则应在屋脊处设置斜拉条和刚性撑杆。如果单坡长度较大，尚应考虑在中间增加斜拉条和刚性撑杆，具体做法可按拉条的承载能力计算确定。 

　　6 结束语 

　　对有吊车的门式刚架结构的设计，需要设计人员在工作实践中积累经验，并针对每一种特殊的刚架形式，采用更加优化的刚架结构方案，以达到方案合理、节省用钢量的效果。