大跨度特重型钢结构厂房结构及其设计方法

摘要

本发明公开了一种大跨度特重型钢结构厂房结构及其设计方法。该厂房结构为：横梁(1)与框架柱(2)刚性连接，横梁(1)采用梯形钢屋架，框架柱(2)采用分离式的钢制柱子，即框架柱(2)由屋盖肢和吊车肢组成，屋盖肢为刚接框架结构设计方法包括以下过程：第一，进行框架柱(2)、吊车肢(3)及横梁(1)的结构设计，包括屋面荷载、风荷载及吊车水平和竖向荷载计算；第二，屋盖肢结构设计，包括内力计算；第三，厂房横向结构及刚度设计，按一台最大吊车横向水平荷载标准值作用在跨间两侧吊车梁上翼缘水平面进行确定。本发明满足了生产工艺的要求，满足了结构要求，经济合理，美观大方，计算准确，快速。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢结构厂房结构及其设计方法。

背景技术

传统的钢结构厂房结构主要有两种：

第一种：当厂房跨度较小，吊车为轻型吊车(Q≤5t)时，可采用门式刚架的设计方法，横梁与钢柱顶采用刚接。

第二种：当厂房跨度较大(跨度≥30米)，或吊车为重型吊车(75t≥Q＞5t)时，可采用铰接排架的设计方法，即横梁采用钢屋架，钢屋架与钢柱顶采用铰接。

随着计算机应用程序的发展和普及，上述两种厂房均可用计算机程序来计算和设计，这大大提高了设计效率和质量。

但随着工艺技术的不断提高，吊车的应用越来越先进和多样化，许多多功能天车应运而生，吊车的起重量越来越大，大跨度(跨度≥30米)、特重型厂房(Q＞75t)的计算越来越多。这种厂房的设计，如采用门型刚架方案，横梁会非常大；而采用铰接钢屋架方案，钢柱会非常大。以上两种方案都不合理。这种厂房的传统方案是采用铰接排架方案，即横梁采用梯形钢屋架，柱子采用钢筋混凝土柱，屋架与柱顶为铰接。这种厂房的设计属于钢筋混凝土结构形式，柱子肥大，施工周期长。不属于钢结构形式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种大跨度特重型钢结构厂房结构及其设计方法，以克服现有技术存在的结构不合理、设计效率低等不足。

本发明采用的技术方案是：采用横梁为无限刚度的刚接框架结构形式。横梁与框架柱刚性连接，横梁采用梯形钢屋架，框架柱采用分离式的钢制柱子，即框架柱由屋盖肢和吊车肢组成，屋盖肢为刚接框架结构。其中吊车肢直接承受吊车的竖向荷载。

大跨度、特重型钢结构厂房结构设计方法包括以下过程：

第一，进行框架柱、吊车肢及钢屋架的结构设计，包括屋面荷载、风荷载及吊车水平和竖向荷载计算；

第二，屋盖肢结构设计，包括内力计算，对于钢屋架与框架柱刚接的情况，因为目前计算机无法直接进行计算，故采用以下步骤进行：

1)根据构造要求设计杆件的截面尺寸、屋架的几何尺寸，并计算屋架的折算惯性矩，将屋架换算成横梁；

2)根据换算后的横梁作框架计算简图，并用计算机进行框架设计计算；

3)将框架计算中框架柱顶部产生的端弯矩和水平力传至屋架上，端弯矩用一组偶力H＝M/h来代替，水平力则认为直接由下弦杆承担；式子H＝M/h中H表示偶力，M表示端弯矩，h表示屋架高度。

4)屋架设计，按铰接桁架结构设计，采用计算机进行计算，并增加框架所传来的端弯矩和水平力，所得内力为刚接屋架的最不利内力；

第三，厂房横向结构及刚度设计，按一台最大吊车横向水平荷载标准值作用在跨间两侧吊车梁上翼缘水平面进行确定。

钢结构框架的计算，采用试算法，即首先假定屋架和各部分截面尺寸及惯性矩，然后根据计算得到的内力来选取截面，如若各部分选取的截面惯性矩比值与假定的惯性矩比值相差30％以上时，则需重新计算，直至结果满意为止。

本发明的优点是：①满足了生产工艺的要求；②满足了结构要求；③经济合理，美观大方；④计算准确，快速。

附图说明

图1为本发明的厂房结构示意图。

图2为本发明的框架包含框架梁及柱的计算简图、示意图。

图3为本发明的屋架计算简图、示意图。

具体实施方式

本发明的实施例：改进传统大跨度、特重型厂房结构，横梁1为梯形钢屋架，采用无限刚度的刚接框架形式，框架柱2采用分离式的钢制柱子结构，在框架柱2上连接吊车肢3。屋盖肢为刚接框架结构，并直接与梯形钢屋架进行刚性连接，即采用焊接连接结构。基于此种结构，结合现有的计算机软件，可以得到一种能够解决大跨度、特重型钢结构厂房的设计方法，其计算要点及步骤为：

第一，进行框架柱2、吊车肢3及横梁1结构设计，正确进行荷载计算，包括屋面荷载、风荷载及吊车水平和竖向荷载计算。对于吊车荷载来说，它的水平荷载由屋盖肢承受，而竖向荷载则传至吊车肢上。

第二，屋盖肢结构设计，包括内力计算。如今刚接框架的计算已可由计算机来完成，但计算机只能计算横杆是实腹式梁这种情况，空腹式屋架设计不能一次完成。故当屋架与框架柱刚接时，我们采用以下几个步骤进行：

1)根据构造要求设计杆件的截面尺寸，屋架的几何尺寸，并计算屋架的折算惯性矩，将屋架换算成横梁(惯性矩相同)。

2)根据换算后的横梁作框架计算简图，采用计算机进行框架计算。

3)将框架计算中柱顶产生的端弯矩和水平力传至屋架上，端弯矩用一组偶力H＝M/h来代替，水平力则认为直接由下弦杆承担。式子H＝M/h中H表示偶力，M表示弯矩，h表示屋架高度。

4)屋架按铰接桁架采用计算机进行计算，并增加框架所传来的端弯矩和水平力。所得内力为刚接屋架的最不利内力。端弯矩和水平力使内力增加，或使杆件由拉杆变为压杆。

第三，厂房横向结构及刚度设计。为了保证厂房内吊车的正常运行，厂房柱除满足强度和稳定性的要求外，还应具有足够的刚度，以避免由于柱的水平位移过大而引起吊车卡轨或因厂房刚度不够，摇晃过大，影响生产。计算厂房横向刚度是按一台最大吊车横向水平荷载标准值(不考虑动力系数)作用在跨间两侧吊车梁上翼缘水平面来确定。

总的说来，钢结构框架的计算，一般都采用试算法，既先假定屋架和各部分截面尺寸及惯性矩，然后根据计算得到的内力来选取截面，如若各部分选取的截面惯性矩比值与假定的惯性矩比值相差30％以上时，则需重新计算，直至结果满意为止。