20t以下带吊车门式刚架钢结构厂房设计实例分析

GXF360 2017-06-20

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20t以下带吊车门式刚架钢结构厂房设计实例分析

刘守亮

（泰安市天择嘉业勘察设计有限公司，山东泰安 271000）

摘要：文章通过实例介绍带吊车门式刚架钢结构厂房的设计流程，根据相关规范，分析荷载取值、结构计算、吊车梁计算、水平支撑、柱间支撑计算，为类似厂房的设计提供借鉴和参考。

关键词：小于20t吊车；门式刚架；吊车梁；柱间支撑

1 门式刚架钢结构的特点及应用

门式刚架轻钢结构已成为当今轻型化建筑结构的主要形式。它能够有效地利用材料，其构件尺寸小，重量轻，可以在工厂进行批量生产，能够保证质量，在工地安装连接方便快捷，并具有施工周期短和可循环利用的特点，因此被广泛应用于工业厂房和公共建筑中，其优越性和经济效益是不言而喻的。在钢结构厂房中，带吊车门式刚架轻型钢结构厂房具有上述特点，广泛应用于工业厂房中。

新颁布的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》GB51022-2015第1.0.2条“本规范适用于房屋高度不大于18m，房屋高宽比小于1m，承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1～A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层钢结构房屋”。

2 工程概况

山东某企业投资加工车间厂房，厂房长90m，宽21m，一台A5工作级别QD型10t吊钩桥式吊车。根据厂房特点，柱距采用7.5m，共有13榀刚架；牛腿高度7.0m，屋面坡度1∶10，地面1.2m以下外墙为砖砌体结构，其余屋面和墙面采用玻璃丝绵保温板围护结。工程抗震类别为丙类，抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅱ类，主体结构设计使用年限50年，结构安全等级为二级，结构重要性系数为1.0.抗震等级为四级。

3 结构计算

计算软件采用PKPM（V3.1.3）的STS模块进行平面建模，导荷计算。

3.1 准备工作

（1）吊车参数。根据吊车厂家提供的参数进行设计，主要参数见表1。

表1 吊车参数

额定起重量（t）工作级别跨度LK（m）单侧轮数宽度B轮距BK总重（t）小车重（t）最大轮压（kN）10A519.525930405020.6773.42412.3

（2）吊车梁计算。吊车梁的计算应满足强度、稳定性和容许挠度的要求。吊车梁进行强度和稳定性计算时，一般按两台最大吊车的最不利组合考虑（应计入动力系数）。吊车梁的竖向挠度取一台最大吊车竖向荷载标准值，《钢结构设计规范》附录A中级工作制桥式吊车挠度容许值为1/1000。吊车梁的计算应用STS软件钢结构二维设计/工具箱，进入软件后选择吊车梁进行设计，根据吊车参数输入到软件中，吊车梁截面具体数据还要根据计算书合理选择吊车梁尺寸。

（3）荷载取值。屋面永久荷载及可变荷载及风荷载均为常规设计。其中吊车荷载的取值根据《建筑结构荷载规范》GB50009的规定。吊车竖向荷载标准值应采用吊车的最大轮压或最小轮压。吊车纵向水平荷载标准值，应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%；该项荷载的作用点位于刹车轮与轨道的接触点，其方向与轨道方向一致。吊车横向水平荷载标准值，应取横向小车重量与额定起重量之和的百分数，并乘以重力加速度。

（4）檐口高度。根据工程概况，已知牛腿高度为7.0m，如甲方没有特殊要求，那么檐口高度能满足吊车安装距离为宜。檐口高度=牛腿高度+吊车梁高+轨道高+吊车高度(查吊车参数H)+吊车安全容许距离+屋面梁高

=7000+600+134+1876+300+600（估算）=10510

故檐口取值10.5m。

3.2 刚架主体结构的计算

准备工作做好后，进入主体结构的设计工作。打开STS软件，进入钢结构二维设计/门式刚架进行建模设计，设计过程与普通门式刚架基本一样。但需要注意几点：建模时输入牛腿的高度，增加吊车荷载，柱与基础的连接均为刚接，柱顶位移限制1/400。计算简图见图1。

图1 主体结构计算简图

主平面内刚架梁的应力比宜控制在0.90以内，钢柱的应力比宜控制在0.95以内。高度及跨度都比较大的，一般不以构件的应力比起控制作用，而是以构建的长细比控制。计算完成后一定要检查结果文件/超限信息文件，是否存在超限的梁柱，特别是刚架梁柱的宽厚比、高厚比是否超限。

3.3 支撑计算

在钢结构中通常利用支撑提高结构或构件的稳定性。合理布置支撑体系可有效优化主要承重构件内力分布情况，可有效改善整体刚度分布，加强结构薄弱环节，使结构整体共同抵御水平荷载，尤其是地震作用。

对于门式刚架其横向荷载主要有门式刚架承担，而纵向作用（包括风荷载和水平地震作用）主要通过支撑系统承担。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》GB51022-2015第8.2.5条，当有吊车时，吊车牛腿下部支撑宜设置在温度区段中部，当温度区段较长时，宜设置在三分点内，且支撑间距不应大于50m。牛腿上部支撑设置原则与无吊车时的柱间支撑设置相同。此车间90m，远小于温度区段长度大于220m的要求。故下柱支撑设置一道，位于厂房中部，柱间支撑见图2。

不考虑纵向水平地震作用时，上柱支撑承受山墙、天窗架端壁传来的风荷载W1及其他纵向水平荷载H，下柱柱间支撑除上述支撑传来纵向力W1+H外，还承受吊车的纵向水平荷载T及山墙抗风桁架传来的W2。在柱间支撑相应位置的柱间设置屋面水平支撑，在屋脊及檐口处设置通长的纵向水平支撑，在屋脊、檐口、水平支撑节点处横向水平支撑间设置多道纵向的刚性系杆。以上的水平支撑和刚性系杆有效传递了屋面的风荷载、吊车的纵向水平力，形成了门式刚架空间受力体系。