大吨位吊车门式刚架轻钢结构工业厂房设计与分析

轻型钢结构，特别是轻型门式刚架结构，经过了近半个世纪的发展，是我国当前最常见和最受欢迎的轻钢建筑形式。采用这种结构供货迅速、安装方便：色彩选择自由，外形美观，内部空旷，布局灵活，可以灵活地布置大开间、大跨度或大柱距的建筑平面：非承重墙体的设计容许灵活布置室内分区。比一般结构更符合使用要求。

明着我9经济建设的迅速发展，由于生产的焱要，轻供结构以其用钢量低，重ft轻，造价低，节屏环保，适用范围广等优点而获得广泛的应用，特别是门式刚架轻型房屋钢结构技术规程>公布实行之后，使得0内从事轻供设计技术人员有据可依，大大地推动了轻钢结构的发展该规程适用于大多数294工程，包括主要承重结构为单跨或多跨实腹式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或起重童不大于20吨（刚架间距6m时不大于30吨）的中、轻级工作制桥式吊车或3吨悬挂式起重机的单层房屋结构的设计、制作和安装。

但是，在有些工程实例中会出现大吨位吊车钢结构厂房的设计，设计人员无规可循，导致大部分设计仍沿用现行的普通钢结构设计规范来进行设计和计算，使得设计用钢量指标高攀不下。或在没有充分理论依据的情况下，凭经验一味地追求低用钢量而使结构的安全度降低f面笔者结合以下两个E程实例加以讨论，以供，2.工肺背最工程实例一：四川岷江茂县铜钟水电站钢结构厂房主跨18.60m，布置一台吊车，吊车跨度为17m，轻级工作制，起重量为工程实例二：保定天威集团变压器有限公司特型变压器厂房主跨为24.00m，设置双层吊车，均为中级工作制，下层为一台lt吊车，跨度为20.50m，轨顶标高为8.50m，上层为二台50t吊车，跨度为22.50m，轨顶标篼为14.00m，另有一个18m附跨，内设―台5吨吊车，轨顶标高为8.5m，厂房柱求门式刚架轻型钢结构多应用于中小吨位的中轻级工作制吊车厂房，对于大吨位吊车钢结构厂房没有作出相应的规定，因此，大吨位吊车厂房设计己超出门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的范围，设计时，主刚架、吊车梁及制动桁架可通过钢结构设计规范来控制刚架柱移及吊车梁变形，其余围护结构变形仍可按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程进行设计。

并参照门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 102：98）：主刚架梁的挠度限值取跨度的1/180，主刚架柱侧移限值取篼度的1/240，对于吊车梁，当吊车吨位50吨时，竖向度限值取跨度的1/750，水平挠度取跨度的1/2200，当吊车吨位50吨时，竖向挠度限值取路度的1/级工作制吊车的主刚架要求，在仅有一台吊车水平刹车情况下，1/1250，对于本工程中轻级工作制吊车，规范没有明确规定，考虑到吊车吨位大，水平刹车力大，对刚架整体水平侧移刚度要求严，参照类似工程，我们认为厶/hr般宜小于1/750.⑶为加强厂房整体刚度，对于大吨位吊车厂房应采用刚接柱脚在基础设计中，构造上应保证柱脚底能承受较大的弯矩和水平剪力，并保证基底不出现拉应力区。

⑷围护结构参照门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：98），檩条挠度<1/150，墙梁度<1/100，其它受压杆长细比1/180，吊车梁以下柱间支撑1/300，其它受拉杆矣1/350400.结Wfttl方案根据上述设计要求并结合本工程的特点进行以下结构方案布置：⑴主刚架柱为焊接工字型实腹式单阶柱，梁为焊接工字型实腹式变截面梁，梁分段节点采用摩擦型高强蠼栓连接：梁柱连接采用端板平放式庳擦型高强栓连接节点：柱脚为刚性连接。

⑵由于吊车吨位较大，横向水平刹车荷载较大，吊车梁设计为焊接工字型实腹式等截面梁，并设置水平制动桁架以抵抗较大的水平刹车荷载。

⑶对于柱距小于10m的条采用冷弯薄壁型钢，而大于lm时则采用薄壁钢管焊成的格构式檫条，墙梁根据现场布板要求均采用冷弯薄壁型钢，当跨度大于lm时在中间设置墙架柱。

⑷屋面支撑采用轻钢结构常用的柔性拉杆加刚性系杆体系，考虑到大吨位吊车纵向刹车力较大，吊车梁以下柱间支撑则均采用双片刚性支撑体系。

主分析计算软件采用国际著名的通用软件ANSYS，它是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块可以通过二维beamS4梁单元解决变截面刚架的计算问雇在模型计算中主要用到ANSYS软件提供的结构静力分析模块。用来求解载荷引起的位移和应力。

5.1计料拽计算时，按平面结构处理，以一榀刚靼为单元，将刚架附结构简化为荷载处理，既突出主要的影响因素，又大大简化了计算，实例一见，实例二见。

S1实M1的计简围5.2计算取值⑴计算参数：实供2的讨奠简图i=0.3.连接采用10.9级摩擦型高强蠓栓。

（2）荷载取值：见表1表1结构计算荷载标准值活栽雪闾实供一实供二吊车恒载：吊车性能参数见表2和表3.表2实例一吊车主要性期参数（E3实例二吊车主要起重量跨度轮距桥架宽度B（m）小车重g总重最大轮压Pu.vOcN）最小轮压PkN）注：I.吊车工作制：中级2.吊车每轮数：2个5.3计算工况起重置掌度桥架宽度小车重g总重最大轮压最小轮压Gn（0U（m）BOn）ft）G（t）Puv（kN）Pu」cN）125/3217.08.0338.088.00520.0320.0注：丨。吊车工作制轻级1吊车侧轮数：4个：吊车轮矩：根据（钢结构设计规范（GB18-87）并（CECS 102：98），考虑以下计算工况，分别用参照门式刚架轻型房屋钢结构技术规程于主刚架、基础的强度和刚度的验算。

表4计算工况（2）1.2恒栽+1.4活载+丨。4吊车竖向荷载（最大轮压在左）：（活截+风载（向右）+吊车竖向荷载（最大轮压在左〉）：（活载+风载（向右汁吊车竖向荷（最大轮压在左+吊车横向水平刹车力（向（活蒙+风载（向左）+吊车S向荷载（最大轮压在左））向荷载（最大轮压在左+吊车横向水平刹车力（向（7）吊车横向水平荷载（标准值）（活蒙+风载）：（3）1.2恒载+丨。4活载+丨。4吊车竖向荷蒌丨（左跨作用2台501，右跨丨台5t，最大轮压作用在每跨的左端牛腿处）：⑷丨。2恒载+1.4活载+丨。4吊车竖向荷载2（左跨作用2台50t，右跨1台5t，最大轮压作用在轴柱的牛H处）；（5>U恒载+1.4活载+1.4吊车竖向荷蒌1（左跨作用2台50t，右丨台5t，最大轮压作用在每跨的左端牛腿处）+1.4吊车水平荷载1（左跨作用2台50t横向水平刹车力，作用方向向左）：（6）1.2恒载+1.4活载+1.4吊车竖向荷载2（左作用2台50t，右跨1台5t.最大轮压作用在轴柱的牛腿处）+1.4吊车水平荷载1（左跨作用2台50t横向水平刹车力，作用方向向左）：（7）仅考虑一台吊车最大横向水平荷载（标准值），4计算结果最大应力、挠度及吊车梁计算结果及优化后bookmark7表5和表6为主要荷载工况下刚架主要构件各刚架的控制截面尺寸。bookmark8表5实例一刚架应力、挠度计算结果刚架斜梁（676~826）x360x8xI2刚架柱柱顶侧移斜梁挠度下柱2）应力系按照荷载设计值计算结果。提度为按照荷栽标准值计算结果。

表6实例二刚架应力、触计算结果剐架斜梁刚架柱6.吊车梁的设计分析考虑轻钢结构的特点，吊车梁均采用实吊车梁设计一般要验算强度、整体稳定、疲腹式加水平制动架体系，吊车的设计参数劳、刚度等项目，其截面尺寸和计算结果见见表2和表3根据工业厂房的设计要求，表7和表8：表7实例1吊车梁应力、计IT结果序号截面尺寸（mm）跨度i正应力剪应力跨中挠度吊车梁表8实例2户力，触结果序号截面尺寸跨度正应力剪应力跨中ft度5崦吊车梁10吨吊车梁50崦吊车梁为方便加工制作，吊车梁采用了等截面形式，所以吊车梁的用钢量较大，相应地主刚架用钢量较小柱有所降低，但吊车梁用钢7受册析通过以上对主体结构的分析可得两个工程的总用钢量和单位用钢置，见表9和表10.表9实例一主体结构用供量构件名称供材用ft单位用ft比例刚架柱明架梁吊车梁动桁架合计表10实例二主体结构用供量构件名称供材用董单位用置比例m架柱m架梁吊车梁制动桁架合计由于吊车吨位大小对围护结构的用钢量影响很小。所以主刚架与吊车梁系统的用钢量基本上决定了整个工程的优化设计结果。

从上表可以看出实例2主体结构的用钢量较以往按钢结构设计规范1设计的厂房用钢置（80100kW）有明显降低，根据我们的设计经，有大吨位吊车的工业厂房，经济柱距一般为68，但实例2因工艺布置焱要而采用了12n柱，加之吊车吨位较大，置有较大增加，总用钢量亦较小柱距有所增加占主体结构用钢量的36.6热本设计实例1为水电站厂房，因工艺有特殊要求。所以用钢量与一般工业厂房没有可比性，但较常规的钢筋混凝土水电站厂房具有明显得优势，除具有施工速度快的优势外，其造价与钢筋混凝土相比基本持平，因此本工程为在中小水电站厂房推广应用钢结构厂房提供了成功的范例。