厂房结构设计

厂房结构设计（精选12篇）

厂房结构设计 篇1

1 引言

随着社会的进步和技术的快速发展，厂房设计要求也越来越高，传统的单层厂房已不能满足正常使用要求，多层厂房日益增多。下面，笔者结合个人设计经验，浅议一下多层厂房的结构设计，不足之处，敬请各位同行指正。

2 工程实例

本工程为两层框架结构，1层为生产厂房，2层为培训厂房，建筑轴线宽度为24.3m，长度为54m，两层层高均为7.5m，在1层、2层分别设了1台5t的桥式吊车，抗震设防烈度为7度，设计分组为第三组，基本加速度为0.1g，框架抗震等级为三级，采用柱下独立基础，框架梁、柱、基础的混凝土等级为C40，钢筋采用HPB300级、HRB400级，结构计算采用中国建筑科学研究院的PKPM系列软件（2010版），平面布置如图1所示。

2.1 大跨度梁截面形式的选用

对于本工程来说，跨度为24.3m的大梁的截面形式的选用尤为重要，为保证本工程满足“安全、经济、适用”的原则，笔者分别采用了型钢混凝土、钢梁、预应力混凝土梁3种截面形式进行了试算，其中预应力筋选用钢绞线（1×7)s15.2，具体梁参数见表1。

从工程造价、施工难度等方面综合比较，本工程采用用后张法有黏结预应力混凝土梁较为合适。

2.2 吊车荷载的输入

为方便加工件的运送，本工程在1层、2层分别设了1台5t的桥式吊车，对于吊车荷载的输入，在PKPM软件中可以直接由软件自动导入，在选取软件库中的标准吊车荷载后，即可完成本工程吊车荷载的布置。

2.3 考虑大型机床等设备布置，楼面活荷载的选用

本工程2层为培训教室，里面布置了大量的机床设备，考虑设备运行时的振动影响，应按《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）(2006版）4.2.1条及附录C规定输入楼面均布荷载，本工程的机床型号为C6132型，属第四类金工车间，计算楼面板时，楼面活荷载取值为8.0kN/m2，计算楼面次梁时，楼面活荷载取值为6.0kN/m2，计算框架主梁、框架柱、基础时，楼面活荷载取值为5.0kN/m2，本工程楼面结构采用了井字梁结构，楼面板厚度为120mm。

另外，根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2001）(2006版）4.2.3条规定，生产车间的楼梯活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于3.5kN/m2，所以本工程楼梯间活荷载取值为3.5kN/m2。

2.4 主要计算结果

2.4.1 结构整体抗倾覆验算结果

抗倾覆验算结果见表2。

2.4.2 结构整体稳定验算结果

稳定验算结果见表3。

该结构刚重比Di×Hi/Gi大于10,能够满足规范(5.4.4)的整体稳定验算；该结构刚重比Di×Hi/Gi大于20,可以不考虑重力二阶效应。

2.4.3 周期、地震力与振型

地震作用最大的方向=-0.020°

2.4.4 位移

X方向地震作用下的楼层最大层间位移角:1/1290(第2层第1塔)。

Y方向地震作用下的楼层最大层间位移角:1/1490(第2层第1塔)。

X方向风荷载作用下的楼层最大层间位移角:1/4305(第1层第1塔)。

Y方向风荷载作用下的楼层最大层间位移角:1/2470(第1层第1塔)。

3 注意事项

3.1 考虑机器振动荷载影响

工业建筑楼面不同于民用建筑，设计时应考虑设备运行时的振动荷载，荷载输入应严格按荷载规范要求输入，如没用充分依据，应严格按厂家提供的设备参数进行折算。

3.2 抗震设计参数的输入

预应力混凝土结构的抗震设计参数与普通混凝土结构的抗震设计参数取值有所不同，如《预应力混凝土结构抗震设计规程》第3.1.2规定，以预应力混凝土框架结构、板柱-框架结构作为主要抗侧力体系的建筑结构，其阻尼比应取0.03，而普通混凝土结构的阻尼比取0.05。

3.3 预应力锚具的位置

预应力筋的锚具设置应满足规范要求，不得随意设置，《预应力混凝土结构抗震设计规程》第3.2.10规定，后张预应力筋的锚具不宜设置在粱柱节点核心区，并应布置在粱端箍筋加密区以外，所以本工程的锚具设置在框架柱外侧。

3.4 预应力梁纵向配筋率的控制

根据《预应力混凝土结构抗震设计规程》第4.2.2规定，预应力混凝土框架梁纵向受拉钢筋按非预应力钢筋抗拉强度设计值换算的配筋率不应大干2.5%(HRB400级钢筋)或3.0%（HRB335级钢筋)，在软件计算完后，设计人应手工核算，这一点应引起设计人的注意。

参考文献

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[2]GB50009—2001建筑结构荷载规范(2006年版)[S].

[3]GB50010—2010混凝土结构设计规范[S].

[4]JGJ140—2004.预应力混凝土结构抗震设计规程[S]

厂房结构设计 篇2

钢结构体系厂房是指由维护、墙体及隔断结构与钢管架支承结构共同组成的厂房体系。这种结构体系与传统结构体系相比具有较大优势：

1、由于采用了轻型屋顶及墙体结构，而且其支撑钢结构的材料强度高，用料省，体型小，所以自重较轻。结构重量轻减少了运输和吊装费用，基础负载也相应减少,减低了基础造价。

2、由于钢材强度高，房屋自重轻，故以钢骨架作支承结构时,可建造开间、进深较大的房屋，而且所需构件的截面小，在相同建筑面积下的建筑空间利用率增加5％-7％。

3、钢结构具有良好的延性,抗震性能好且受损轻，而且由于钢材便于加工,灾后容易修复。

4、钢结构除基础外,构件全部由专业工厂标准化生产,建筑质量容易保证；工业化程度高，施工速度快，施工周期比传统建筑可缩短一半；各部件运抵现场组装，施工现场文明,现场湿作业少，噪声粉尘和建筑垃圾也少；施工作业受天气及季节影响较少,并且可以工厂制作与现场安装平行进行，甚至一些标准化的厂房体系，可以随订货，随建造,大大缩短建造周期和资金占用时间。

5、环境破坏及污染少，改建和拆迁容易，材料的回收和再生利用率高。

随着我国钢铁产业的不断发展，钢材产量和质量持续提高，价格逐步下降，钢结构的造价也相应有较大幅度的降低，因此在现代工厂设计中得到越来越多的采用。然而，轻钢结构建筑耐火等级较低，大空间、大跨度厂房对防火分区又提出新的要求，这些问题有的可以采取技术措施解决，有的还没有完美的解决方案。现就上述设计问题进行初步探讨: 

一、轻钢结构工业厂房的耐火等级

轻钢结构厂房的承重构件一般为钢柱、网架，建筑外表面覆以彩色铝锌钢板或镀铝锌钢板等。根据《建筑设计防火规范》，其柱、梁的耐火时间均为0.25～0.5小时，建筑物的耐火等级仅为四级(耐火等级较低)。以中密度纤维板厂或家具厂单层轻钢结构厂房为例，其生产类别为丙类，规范要求的最低耐火等级为三级，这样，轻钢结构厂房就不够资格作丙类厂房。

解决的方法，可在柱、梁表面覆以1.5厘米厚的LG防火隔热涂料或2厘米厚的LY防火隔热涂料保护层，其耐火时间可达1.5～2.3小时，这样，建筑物的耐火等级可按三级考虑，满足规范要求，但应注意，应要求轻钢结构厂家在作结构计算时考虑防火涂层的重量。

二、轻钢结构工业厂房的防火分区

现代工业要求的厂房常是大空间、大跨度、通透的。为有效的把火灾控制在较小范围内，《建筑设计防火规范》要求在建筑物内划分防火分区，并明文规定了各级防火分区的最大允许面积。现轻钢厂房的占地面积通常较大，如中密度纤维板厂主车间的建筑面积一般都超过5000平方米，而规范允许的分区面积为3000平方米(生产类别为丙类，采取防火涂层保护后，耐火等级按三级考虑)，因此应作防火分区的分隔。

防火分区在普通民用建筑中较易实现，如在门、厅、楼梯等处采取一些技术措施，用防火墙、防火门、防火卷帘加水幕都可以较好的解决，若建筑内设有自动喷水灭火设备，每层最大允许建筑面积还可增加一倍。但若试图把这些技术措施平移到大面积的轻钢结构厂房，就会遇到问题。

1.防火墙与防火分区

因成套设备生产线的工艺要求，不可能用防火墙把厂房一分两半，这样截断了连贯的生产线设备，也不利于物料及半成品、成品的运输。而且，从生产管理的角度，业主也不会接受这样的方案。 2.防火卷帘与防火分区

民用建筑中通用的防火门与防火卷帘，在面对大跨度的轻钢厂房时，也不很合适。如某刨花板车间，单跨达36米，如何定制这样大跨度的防火卷帘呢，这样的卷帘，因跨度太大，在收放时很难控制，容易卡在滑槽里，且造价又高，工程实践中极少见。

3.自动喷水灭火与防火分区

能否在整个车间设自动喷水灭火装置，使允许的防火分区面积增加一倍，从而满足规范要求呢。这有两个问题：

(1)单层轻钢结构车间的高度大多远超过8米，而根据<<自动喷灭火系统设计规范>>第4.3.2条，超过8米的大空间建筑物，安装闭式喷头的作用就不大了。

(2)有的丙类三级单层轻钢车间面积达9000平方米，需分三个防火分区，若全车间安装自喷，则防火分区允许面积虽扩大一倍，但仍然不够(安装自喷后，防火分区的允许面积从3000平方米扩大到6000平方米，但仍小于9000平方米)。

4.独立水幕与防火分区

用独立的水幕作防火分隔，是我院经常采用的方案，作一条防火水幕带，区域宽5米，流量2升/秒米。这种分隔方式很灵活，不像防火墙要把车间截成两半，也没有大跨度防火卷帘的麻烦，理论上多大的跨度都行，一般正常生产时，就好像它不存在，一旦有火灾需要防火分隔时，它可以立即实现有效分隔。但是，单独水幕作防火分隔也有三大难题：

(1)需水量太大，水池造价高。仍以跨度36米计算，水幕供水量为2升/秒米，按消防历时2小时考虑，则水幕贮水量应为518立方米，再加上室内外消火栓的贮水量，则消防水池的造价较高。

(2)水幕启动时，大量的水突然喷泄而下，会对昂贵的生产设备造成较大的损失。如果车间内发生了局部较小的火灾，几支灭火器加一支水枪就能解决，此时冒然启动水幕防火分隔，则也许水幕的大水造成的损失会比局部火灾的损失更大。因此需严格掌握水幕的启动时机。它只适于火势烧了半个车间，并有蔓延之势时启动。为防止误动作造成损失，我院设计的车间水幕，大多采用人工手动启动，通常只依靠几个闭式喷头来启动水幕的方式在这里不可靠。

(3)有效维护麻烦，没有办法试水，来检验水幕系统可靠性。理论上，如果车间建造安装时，先安装消防设施，再安装生产设备，则有机会在水幕安装完毕，但生产设备还末安装时，让水幕试水。但是，在工程实践中，为早日投产，大多把生产设备当作第一重要，一到货立即安装，消防设施都排在了后面。那么，在水幕安装完毕后，大家将永不知道它的实际喷水情况如何(除非发生大火灾，才有机会一试)，但如果平时无法试水维护，在关键时刻水幕工作不正常怎么办。

试水的问题只好在技术上近似解决，在设计时，消防泵房水幕泵的出水管上可设试水管及试水阀门，利于平时检验水幕泵的工作状态。但车间上方的水幕管与水幕喷头是否阻塞，喷水是否均匀，就无法测试了。

5.另一种解决方案

对于防火分区，还有另一种解决方案：根据《建筑设计防火规范》第3.3.1条，四级耐火等级厂房之间的防火间距为18米，依此类推，如在生产类别为丙类，耐火等级为三级的轻钢结构单层厂房内部设一区域宽18米的防火隔离带，在隔离带里没有可燃物，理论上，是否可看作有效的防火分隔呢? 

实际设计中，可以控制隔离带内没有堆放生产原料、半成品等可燃物，但肯定有生产线的设备，而设备的橡胶传送带是可燃的，传送带上的原料或半成品也是可燃的，不过，传送带可以在有火灾时停下来，可燃物不多，一支水枪可有效封锁，那么，上述的这样一个隔离带究竟算不算防火分区的有效分隔呢。规范没有明文规定算或不算，按惯例，此类情况需与当地的消防审批部门协商研究，以求解决。

三、总结

综上所述，因轻钢结构工业厂房的耐火等级较低，相应的允许防火分区面积也较低，但现代工业厂房又不允许硬性分隔，而采用独立水幕的方式虽可行，但不理想，我们仍需在设计中不断探索，尽力找出更好的方案。新的建筑技术的应用，给我们的消防设计带来新的挑战，设计人员需多方面考虑问题，在分析比较中寻找更合适的方案。

随着我国经济建设的迅猛发展，企业生产仓储用房日趋大型化，而钢结构骨架建造的厂房，因具有质量轻、强度高，抗震性能好，施工周期短，建筑工业化程度高，空间利用率大，节省投资等优点，而被投资者大量应用。钢材虽是一种不燃烧的材料，却是热的良导体，极易传导热量，在未进行防火处理的情况下，火灾时强度会迅速下降，出现塑性变形，产生局部损坏，造成钢结构整体倒塌失效。此类钢结构建筑还存在空间大，火势蔓延快，设备、人员密集，疏散困难等特点，一旦发生火灾，常用的自动消防设施很难发挥预期作用，人员疏散和灭火救援难度较大，有造成群死群伤的潜在危险。从建筑设计施工的初期阶段采用合理的预防措施，以避免和减少钢结构在火灾中整体跨塌，就显得尤为重要。

一、钢结构火灾时的理化性能

建筑用钢(Q235、Q345钢等)在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。钢材的机械性能随温度的不同而有变化，当温度升高时，钢材的屈服强度，抗拉强度和弹性模量的总趋势是降低的，但在150℃以下时变化不大。当温度在250℃左右时，钢材的抗拉强度反而有较大提高，但这时的相应伸长率较低、冲击韧性变差，钢材在此温度范围内破坏时常呈脆性破坏特征，称为“蓝脆”。如在“蓝脆”温度范围内进行钢材的机械加工，则易产生裂纹，故应力求避免。当温度超过300℃时，钢材的抗拉强度、屈服强度和弹性模量开始显著下降，而伸长率开始显著增大，钢材产生徐变;当温度超过400℃时，强度和弹性模量都急剧降低;到500℃左右，其强度下降到40%～50%，钢材的力学性能，诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降，低于建筑结构所要求的屈服强度。我国20世纪90年代初对裸露钢梁的耐火极限进行了验证，确认了I36b、I40b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min(钢梁内部达到临界温度：平均温度538℃，最高温度649℃)。因此，若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体，一旦发生火灾，则建筑物会迅速坍塌，对人民的生命和财产安全造成严重的损失。

二、钢结构厂房的防火措施

通过对钢结构火灾时的理化性质数据查询统计，解决好钢结构抗高温能力是预防和减少火灾时大跨度建筑跨塌危险的有效途径。解决好钢结构的抗高温能力，可以运用“此消彼长”的原理，从提高钢结构耐火极限以和迅速降低火场温度两方面考虑。

1、阻隔温度，提高钢结构耐火极限

我国的钢结构防火主要采用防火涂料、发泡防火漆和外包防火层等方法。

⑴防火涂料法

防火涂料法就是在钢结构上喷涂防火涂料以提高其耐火极限。目前，我国钢结构防火涂料主要分为薄涂型和厚涂型两类，即薄型(B类，包括超薄型)和厚型(H类)。薄型涂层厚度在7mm以下，在火灾时能吸热膨胀发泡，形成泡沫状炭化隔热层，从而阻止热量向钢结构传递，延缓钢结构温升，起到防火保护作用;厚型涂层厚度为8-50mm，涂层受热不发泡，依靠其较低的导热率来延缓钢结构温升，起到防火保护作用。两者具有不同的性能特点，分别适用于不同场合：①室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，当规定耐火极限在1.5h及以下时，宜选用薄涂型钢结构防火涂料。②室内隐蔽钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构，当规定其耐火极限在1.5h以上时，应选用厚涂型钢结构防火涂料。

⑵发泡防火漆法

防火漆是由成膜剂、阻燃剂、发泡剂等多种材料制造而成的一种阻燃涂料。防火漆与一般油漆相比，在物理性能方面基本一样，不同的是它干燥以后，漆膜本身不易燃烧，遇火时，能推迟火焰延烧到涂漆的可燃物上，具有一定的防火性能。据试验：将一般油漆与防火漆分别涂在木板上，干燥后，用同样的火焰烘烤，涂一般油漆的木板，不到2分钟就和油漆一道焦灼;而涂非膨胀惰气型防火漆的木板，2分钟后仅出现阴燃现象，静置30秒后立即熄灭;涂膨胀惰气型防火漆的木板，即使烘烤15分钟，连阴燃现象也未出现。由此可见，用防火漆涂于物体表面，一旦发生火灾，的确能在定时间里阻止火势蔓延，保护物体表面，从而为灭火战争取宝贵的时间。

⑶外包防火层法

外包防火层法就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。外包防火层法通常应用于钢柱。

随着技术发展，用防火板作保护层技术越来越完善，应用越来越广。防火板钢结构防火保护主要用于耐火等级为一、二级的建筑物的钢柱、梁、楼板和屋顶承重构件，设备的承重钢框架、支架、裙座等钢构件进行包覆和屏蔽，以阻隔火焰和热量，降低钢结构的升温速率，将钢结构的耐火极限由0.25h提升到设计规范规定的耐火极限。

2、迅速排烟，降低火场温度

一般室内火灾的自然发展过程大体分成三个主要阶段，即：初期增长阶段、充分发展阶段及衰减阶段。

灾发展的初期增长阶段，随着放出热量迅速增多，在可燃物上方形成温度较高、不断上升的火羽流。当羽流受到房间顶棚的阻挡后，便在顶棚下方向四面扩散开来，形成了沿顶棚表面平行流动的较薄的热烟气层，达到了一定厚度时又会慢慢向室内中部扩展，不久就会在顶棚下方形成逐渐增厚的热烟气层。当火灾达到充分发展阶段，热烟气层的温度与中心温度相差无几。

如果室内有通向外部的开口(如门和窗)，则当烟气层的厚度低于开口的上沿高度时，烟气便可由此流到室外。开口便起着向外排烟的作用。在建筑火灾的发展过程中，烟气的排放相当重要，烟气排放速率的大小决定着烟气层高度的变化情况。当排放速率大于烟气的产生速率时，烟气层的高度会逐渐升高，最终保持在对人没有威胁的高度。

在建筑防排烟工程中，常用的三种方式是：自然排烟、机械加压送风防烟和机械排烟。自然排烟和机械排烟是控制烟气下降的常用方法，在实际应用中多采用前者，与机械排烟相比自然排烟有其自身的优点。一是无大的动力设备，运行维修费用也少，且平时可兼作换气用;二是在顶棚开设排烟口，自然排烟效果好。

三、结论

浅析重型钢结构厂房设计 篇3

【关键词】重型钢结构；厂房结构设计；有效途径

【中图分类号】TU391 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0206-01

钢结构抗震抗风性能强，施工周期短，保温节能性好，材料的多样性也使得设计富有很大的弹性。凭借着这些优点，钢结构在建筑领域的使用越来越广泛，尤其是在一些大跨度大开间和超高层的建筑中，开始逐渐代替钢筋混凝土成为主要的建筑材料。但是，钢结构也存在着易腐蚀、防火性能差等明显缺点，对建筑施工和生产使用都产生了一定的不利影响。因此，应当对重型钢结构厂房的结构设计进行仔细分析和探讨，以确保建筑结构设计的科学性和合理性，避免一些工程质量问题的出现。

一、设备基础设计

对于大型的吊车厂房往往还存在着一些埋深和荷重较大的设备基础，这些设备基础对于厂房的整体设计具有重要意义。应当根据设备的工作特性、工艺要求及地质条件确定基础的结构形式。在对设备基础进行设计的过程中，要充分考虑其与厂房基础的协调避让性，同时也要有足够的刚度，确保在荷载作用下的变形在允许范围内。在对于一些特殊设备的基础设计时，应当与工艺密切配合，同时应研究各方面因素，解决动力设备共振问题，避免因过大的振动影响机械本身和邻近设备的使用。

二、抗风系统设计

我国是风灾严重的国家，尤其是沿海地区，钢结构厂房在风灾中的破坏可以说是司空见惯的，虽然可能只是一些局部破坏，但足以给予我们警示。在设计前，必须对当地的风力风向等风因素进行全面的考察研究，之后再进行抗风设计，合理开设门窗洞口，避免由于鼓风效应和吸风效应对厂房造成破坏。整体设计要确保厂房的刚度足够，积极采取有效措施提高抗风能力，对一些容易发生先行破坏的薄弱部位进行特殊的抗风（处理。重型钢结构厂房一般高度较高，山墙受风面积大整体刚度较弱，抗风设计时，可以以抗风柱作为竖向支撑点，加设水平抗风梁或钢抗风桁架作为中间铰支点，避免出现抗风柱截面尺寸过大的情况，也确保了抗风系统的整体合理性。

三、柱脚设计

重型吊车的荷载较大，柱脚的弯矩比较大，对于重型钢柱的柱脚设计，应当以插入式为主。实腹式和格构式钢柱插入混凝土基础杯口的深度应当由计算确定，对于非抗震地区最小深度参考《钢结构设计规范》GB50017第八章构造要求的条文，对于抗震设防地区则需要参考《建筑抗震设计规范》GB50011。当柱上拔力较大且杯口护壁较薄时，必须进行验算，确保承载力满足要求。此外，为了防止柱脚的锈蚀，应采用C7.5或C10砼将柱脚包至室内地面以上0.1-0.2m。

四、肩梁设计

肩梁作为上、下段柱连接和支承吊车梁的重要部位，必须具有足够的强度和刚度。在阶形柱变截面处构造肩梁将上、下段柱连成整体，实现内力的传递，确保不产生相对转角和位移，同时也解决了吊车梁、制动梁和柱的连接。对于其位置的确定，应当根据转换桁架的相关概念进行验证，根据实际情况合理设计和应用。肩梁的连接方式主要有两种，一是将上段柱腹板与肩梁上盖板用两条角焊缝相连，并按与腹板等强度考虑，柱翼缘的连接则根据情况考虑。二是将实腹式上段柱直接对焊在肩梁上，此时宜将上盖板下移变为两块加强板的形式，焊于肩梁腹板的两侧。

五、变形控制设计

根据计算的假定值来看，普钢排架的厂房设计，一般是假定屋面的刚度呈现无穷大趋势，挠度太大就难以满足需要。而标准规范中对于吊车轨顶位置的水平位移有着非常严格的规定，如果屋面的梁刚度太小，就会导致钢柱成为悬臂柱，那么位移就不能够满足要求，而且这样也导致用钢量都集中到了柱子上，从而导致柱子的截面需要很大的尺寸才能够满足要求。

在传统的屋面变形控制设计过程中，主要偏向于采用桁架屋面梁，是柱子和屋架相铰接，屋面板的尺寸也很大，荷载比较大，导致容易出现漏水的问题，桁架屋面梁上的刚度较大，结构安全度相对较高。随着技术的不断进步和发展，当前普通厂房建设主要是应用实腹式梁和轻型的彩钢板屋面。这种情况下，屋面的梁变形问题并不严重，也不会产生漏水的问题，是比较理想的状态。

因此，对于普钢厂房屋面变形结构设计，应当确保科学、合理设计，以提高厂房设计质量。对于大吨位的吊车轻型屋面性质的钢结构厂房，应当注重解决屋面钢梁存在的挠度问题，如果对钢梁的挠度控制较为严格，则会出现很多浪费，因此，对于钢梁挠度的设计指标可以适当放宽，根据《门钢规程》进行设计。针对轻型屋面性质的大吨位吊车钢结构厂房设计，应当将钢梁的挠度定为L/250。对于大型屋面板性质的大吨位吊车的轻型屋面板钢结构厂房，可以将钢梁的挠度定为L/4000对于采用轻型屋面但钢梁上悬挂吊车的大吨位型吊车钢结构厂房，则应当将钢梁的挠度定为L/400。

六、平面布局设计

要想保证结构布局的经济性和合理性，首先应当对结构单元进行合理划分，总的来说，平面布置主要是根据工艺、结构与经济的要求确定，同时还要考虑建筑及设备的平面投影尺寸等因素。工艺要求柱的位置与车间内机械、运输设备相协调，符合生产流程，还应考虑生产过程中的可能变动。根据结构单元平面尺寸的基本要求，重型钢结构厂房的结构单元设计中的经济控制尺寸定为跨度方向的尺寸不超过150m，长度方面的总尺寸不能够超过220m。对于能够归并到一个结构单元中的吊车，应当尽量保证钢架端部的下沿结构或者是檐口高度在12m以上，同时确保轨高的差异较小，这样才能够合并为一个单元进行计算。对于重型吊车钢柱的选型问题，应当充分考虑到用钢量的经济指标及取材的便利性。设计人员可以充分比较采用实腹柱和格构柱两种方式下的各种技术指标和经济指标，根据实际情况进行综合评估，选出最优的方案，既能保证工程的合理又为设计和施工增加了便利和经济性。

七、门式钢架天沟设计

钢结构在厂房建设中，施工周期短、可循环使用、可调整等一系列优点，得到了许多工厂的青睐，在现代厂房设计中钢结构更是被广泛普及并得到了很高的评价。但是重型钢结构在厂房建设中也暴露了许多问题有待我们去解决。连跨钢结构门式钢架天沟经常出现漏雨问题就是其中比较棘手的问题之一。目前重型钢结构连跨门式钢架结构中最常用的是内排水通长天沟，这种天沟设计深度受到本身结构尺寸影响，最大高度等于屋面檩条高度，蓄水能力严重受到限制，尤其在北方地区，若遇到大雪天气，积雪及其容易积满，这时排水能力就会彻底丧失。夏天遇到暴雨，雨水溢出天沟会顺着檐口灌入厂房内部。并且因天沟结构比较长，受热胀冷缩影响及其容易变形甚至开裂。如果我们在建设中设计成分段天沟，天沟在长度方向断开，一个柱间设计一个天沟，用厚度约为约3mm的钢板焊接好，这样竖向就有了足够的空间满足天沟排水量要求，缩短了天沟长度，避免了过热或者过冷天气天沟的变形和断裂。

结束语

在设计钢结构厂房，尤其是重型厂房时，不应该想当然地进行设计，需要结合实际情况，考虑到地理环境等因素，然后进行分析。充分了解重型钢结构厂房结构设计和实际工业的各方面需求后，找出最优方案后进行设计。把工程质量放在第一位，同时还能传达出现代建筑设计中节能环保和美观的概念。

参考文献

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[5]戴向阳，刘峰.浅谈钢结构厂房设计的一些概念[J].科技信息.2009（22）

选煤厂主厂房结构设计 篇4

工程所处场地土层为: (2) 、 (4) 、 (5) 、 (7) 层为饱和粉土, 具有振动水析现象。 (3) 层为粉质粘土, 土质均匀。 (6) 层淤泥为高压缩性软土, 易振动突变, 当采用天然地基时易使建筑物产生不均匀沉降。 (8) 层粘土夹砂浆, 为文化期以前沉积的一般粘性土, 力学性能较好, 可作为桩基础的持力层。基本风压为Wo=0.35k N/m2 (50年重现期) ;基本雪压为So=0.35k N/m2 (50年重现期) 。本场区抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度值为0.1g, 设计地震分组为第二组。设计以此为依据对地面建筑物进行抗震设防。建筑物安全等级均为二级。

2 结构设计

2.1 主厂房结构选型

地面生产系统主要由准备车间、主厂房、产品仓、中煤仓、矸石仓、浮选药剂库、转载点、卸载点及与各建筑物相连的带式输送机栈桥等建 (构) 筑物组成。其中主厂房结构设计是重中之重。

本工程选煤厂主厂房为钢筋混凝土框架结构, 平面尺寸61.0m×21.0m, 檐口高度24.0m。柱子及楼面梁板采用钢筋混凝土结构, 屋面采用网架结构, 上铺60厚玻璃丝棉彩钢板。墙体材料为轻质砌块, 基础为桩基础。

框架结构具有整体刚度大的优点, 并且在受力时能够较好的进行力的传递, 在水平荷载和竖向荷载的作用下表现出良好的承受能力。同时框架结构的施工技术已趋于完善, 用于框架结构设计的计算程度也较为成熟, 因此采用框架结构能够在很大程度上保证结构的使用性能和安全。由于选煤厂主厂房中通常会存在吊车的运行, 需要大空间布置形式, 因此采用网架结构的屋盖形式较为适合。

2.2 主厂房结构布置

选煤厂的主厂房内通常布置较多的设备, 承受的荷载较大, 并且大型振动设备在工作时会产生很大的振动荷载, 因此在结构布置时应综合考虑工艺要求和设备的传力途径等因素, 保证结构能均匀的承担各种荷载。结构布置时应遵循的原则有以下几点:

1) 振动荷载是主厂房设计中重点考虑的因素。为了保证振动设备的基础和承重构件之间能够紧密、可靠的进行连接, 应设置专门的受力构件。例如:在设备预埋螺栓位置, 应布置相应的承重梁, 承重梁不仅要满足结构受力, 还要满足结构与设备不发生共振, 通常梁要做的比较大。在施工中, 设备基座、楼板和承重梁的混凝土应采用整体浇筑的方式, 这样不仅可以提高该部位的整体性, 而且在受力方面能够保证荷载均匀准确的传递到主要的受力构件上, 避免出现局部受力过大所造成的破坏。

2) 主厂房的结构设计, 不仅要满足结构的使用要求 (即满足工艺设备的运行要求) , 同时还应结合设备布置, 确定最合理科学的安装孔定位。根据规范的规定, 在有安装孔的位置附近, 均布活荷载标准值按10k N/m2考虑。

3 减弱和消除振动影响的结构措施

主厂房内设备工作时, 很容易使楼板产生振动的叠加或者共振的现象, 这不仅会影响到结构的安全, 而且会严重影响到工作人员的身心健康。因此在主厂房的结构设计中应采取有效的措施进行振动的减弱和消除。

3.1 增大梁、楼板刚度

增大梁的刚度:根据设备荷载和振动频率, 计算满足不产生共振时梁的截面, 通常比按承载力计算的截面大很多。增大楼板刚度: (1) 楼板的厚度应大于150mm, 同时对于楼梯的梯板, 其厚度应根据楼梯的跨度适当的进行加大。尽量减小楼板的跨度, 增加楼板次梁的数量。 (2) 在布置楼板的钢筋时, 对于设备振动较大的楼板处, 其钢筋的布置应考虑正负钢筋拉通设置, 这种布置方式可以从整体上提高楼板的刚度, 还可以减小楼板出现裂缝的可能。 (3) 主厂房在进行设备螺栓的布置时往往会出现不规则的现象, 对于无法布置次梁的螺栓, 应将该处楼板厚度增加至其锚固所需厚度。

3.2 设置隔振缝

主厂房中通常会布置有配电室、控制室以及化验室等, 这些附属办公房间放置着精密的仪器, 这些仪器在较大的振动下很容易出现问题, 甚至造成破坏, 因此这些房间对振动提出更高的要求。为消除振动对设备所带来的不安全因素应设置隔振缝。通过布置隔振缝, 将这些附属办公房间与振动设备楼层脱开。这样就阻断了振动的传播路径, 切断了振动对精密设备的影响。设置方法为:在附属办公室的楼板与振动设备的楼板之间设置双梁, 同时在双梁中间留有一定的缝隙, 根据实际情况的不同, 缝隙的宽度可适当进行调整, 通常情况下裂缝的宽度不应小于50mm, 如图1所示。

4 结语

本文结合厂房设计实例, 从厂房的结构布置及设计等方面来探讨, 并采取有效措施减弱和消除了振动对结构的影响。可为同类工程提供参考借鉴。

摘要：在选煤厂设计中, 厂房结构设计是一个非常重要的组成部分, 一个合理科学的厂房结构设计能保证工艺顺利而高效的运行。本文结合义安煤矿选煤厂工程实例, 对主厂房的结构选型进行论述, 并提出减弱和消除振动影响的结构措施。

关键词：选煤厂,结构选型,结构布置,隔振缝

参考文献

[1]高容平.如何预防钢结构厂房的设计缺陷[J].科技创新导报.2011 (07) :30-31.

[2]钱永旺.浅谈轻型钢结构厂房设计的几个问题[J].山西建筑.2009 (04) :28-34.

单层厂房课程设计论文 篇5

单层砖柱厂房具有选价低廉、构造简单、施工方便等优点，在中小型工业厂肩中得到广泛应用。砖柱厂房是以砖柱（墙）做为承重和抗侧力构件，由于材料的脆性性质，其抗震性能比钢筋混凝土柱厂房差；由于砖往厂房内部空旷、横墙问距大，地震时的抗倒塌能力不如砌体结构的民用建筑。因此根据砖柱厂房的震害特点，找出杭震的薄弱环节，提出相应的抗震措施，提高其抗震能力是必要的。

1．地震震害及其特点：

地震震害表明：

6、7度区单层砖柱厂房破坏较轻，少数砖柱出现弯曲水平裂缝：8度区出现倒塌或局部倒塌，主体结构产生破坏；9度区厂房出现较为严重的破坏，倒塌率较大。

从震害特点看，砖柱是厂房的薄弱环节，外纵墙的砖柱在窗台高度或厂房底部产主水平裂缝，内纵墙的砖柱在底部产生水平裂缝，砖柱的破坏是厂肩倒塌的主要原因。山墙在地震时产生以水平裂缝为代表的平面外弯曲破坏，山墙外倾、檩条拔出，严重时山墙倒塌，端开间屋盖塌落。屋盖形式对厂房抗震性能有一定的影响，重屋盖厂房的震害普遍重子轻屋盖厂房，楞摊瓦和稀铺望板的瓦木屋盖，其纵向水平刚度和空间作用较差，地震时屋盖易产生倾斜。

2．适用范围及结构布置

2．1单跨和等高多跨的单层砖柱厂房，当无吊车且跨度和柱顶标高均不大时，地震破坏较轻。不等高厂房由于高振型的影响，变截面柱的上柱震害严重又不易修复，容易造成屋架塌落。因此规定砖柱厂房的适用范围为单跨或等高多跨且无桥式吊车的中小型厂房，6－8度时厂房的跨度不大子15m且柱顶标高下大于6．6m，9度时跨度不大于12m且柱顶标高不大于 4．5m。

2．2厂房的平立面应简单规则。平面宜为矩形，当平面为L、T形时，厂房阴角部位易产生震害，特别是平面刚度不对称，将产生应力集中。对于立面复杂的厂房，当屋面高低错落时，由于振动的不协调而发主碰撞，震害更为严重。

2．3当厂房体型复杂或有贴建的房屋（或构筑物）时，应设置防震缝将厂房与附属建筑分割成各自独立、体型简单的抗震单元，以避免地震时产主破坏。针对中小型厂房的特点，钢筋混凝上无檀屋盖的砖柱厂房应设置防震缝，而轻型屋盖的砖柱厂房可不设防震缝。防震缝处宜设置双柱或双墙，以保证结构的整体稳定性和刚度，防震缝的宽度应根据地震时最大弹塑性变形计算确定。一般可采用50～70mm。

3．结构体系

3.1地震时厂房破坏程度与屋盖类型有关，一般来说重型屋盖厂房震害重，轻型屋盖厂房震害轻，在高烈度区影响更为明显。因此要求6－8度时宜采用轻型屋盖，9度时应采用轻型屋盖。人之地震震害调查表明：

6、7度时的单跨和等高多跨砖柱厂房基本完好或轻微破坏，8、9度时排架柱有一定的震害甚至倒塌。因此《建筑抗震设计规范》（G8Jll一89）规定：

6、7度时可采用十字形截面的无筋砖柱，8度1、2类场地应采用组合砖柱，8度3、4类场地及9度时边柱宣采用组合砖柱，中柱直采用钢筋混凝土柱。经过地震震害分析发现：非抗震设计的单层砖柱厂房经过8度地震也有相当数量的厂房基本完好，所倒塌的厂肩大部份在设计和施工上也存在先天不足，因此正常设计正常施工和正常使用的无筋砖柱单层厂后，在8度区仍然具有一定的抗震能力。可见对8度区的单层砖柱厂房都配筋的要求是偏严的，在抗震规范的修订稿中将8度1、2类场地“应”采用组合砖往改为“宜”采用组合砖柱，允许设计人员根据不同情况对是否配筋有所选择。一般来说，当单层砖柱厂房符合砌体结构刚性方案条件，经抗震验算承载力满足要求时，可以采用无筋砖柱。

3.3对于单层砖柱厂房的纵向仍然要求具有足够的强度和刚度，单靠砖柱做为抗侧力构件是不够的，如果象钢筋混凝土柱厂房那样设置柱间支撑，会吸引相当大的地震剪力。使砖拄剪坏。为了增强厂房的纵向抗震承载力，在柱间砌筑与柱整体连接的纵向砖墙，以代替柱间支撑的作用，这是经济有效的方法。

3.4 当厂房两端为非承重山墙时，山墙顶部与檩条或屋面板恨难连接，只能依靠屋架上弦与防风柱上端连接做为山墙顶部的支点，这不仅降低了房屋整体空间作用，对防止山墙的出平面破坏也不利，因此厂房两端均应设置承重山墙。

3．5 厂房的纵横向内隔墙宣做成抗震墙，其目的充分利用培体的功能，避免主体结构的破坏。当内隔墙不能做成抗震墙时，最好采用轻质隔墙，以避免墙体对柱及柱与屋架连接节点产生不利影响，如果采用非轻质隔墙，则应考虑隔墙对柱及其与屋架节点产生的附加剪力。

3.6 无窗架不应通至厂房单元的端开间，以免过份削弱屋盖的刚度。天窗架采用砖壁承重时，将产生严重的震害甚至倒塌，地震区应避免使用。抗震承载力计算

4.1 横向抗震计算

单层砖往厂房横向抗震计算的计算简图，可按下列规定选取：（1）当厂房柱为无筋砖柱或边柱为组合砖柱、中柱为钢筋混凝土柱时，可采用下端为固接、上端为铰接的徘架结构模型；（2）当厂肩边柱为无筋砖柱、中柱为钢筋混凝士柱，在确定厂房自振周期时，砖柱下端按固接考虑，在计算水平地震作用时，砖柱下端按铰接考虑。这主要是考宅到在地震作用下，随着变形的不断增加，无筋砖柱下端开裂并退出工作，囚而全部横向地震作用由中部的钢筋混凝土柱承担。轻型屋盖单层砖柱厂房的横向抗震计算，可以忽略空间工作影响·采用平面排架进、厅计算。对于钢筋混凝上屋盖和密铺望板的瓦木屋盖厂肩，其空间作用不能忽略，应按空间分析的方法进行计算：但为了简化，对于一定条件下的厂房可以按平面排架进行计算，考虑到其空间工作影响，对计算的地震作用效应要进行调整。

4.2 纵向抗震计算

对于钢筋混凝土屋盖的等高多跨砖柱厂房，当考虑屋盖为刚性时，纵向地震作用在各柱列之间的分配与柱列的侧移刚度成正比：当考虑屋盖的弹性进行空间分析时，侧移刚度较大柱列分配的地震作用比按刚性屋盖分配的地震作用小，而侧移刚度较小柱列分配的地震作用比按刚性屋盖分配的地震作用大。设计中为了利用刚性屋盖假定时纵向地震作用分配形式简单的优点，可以针对不同屋盖形式对柱列的侧移刚度乘以修正系数，做为纵向地震分配时的柱列刚度，并对所计算的厂房自振周期进行修正，以考虑屋盖的弹性影响。

对于纵墙对称布置的单跨厂房，在厂房纵向沿跨中切开，取一个柱列单独进行纵向计算与对厂房进行整体分析结果是相同的。对于轻型屋盖的多跨厂房虽然屋盖仍具有一定的水平刚度，考虑到屋盖与砖墙的弹性极限变形值相差较大，为了计算简便，仍可假定各纵向往列在地震时独立振动，按柱列法进行计算。抗震构造措施

5．1 单层砖柱厂房采用钢筋混凝上屋盖时的抗震构造措施可参照钢筋混凝土柱厂房的有关规定。采用瓦木屋盖时，设有满铺望板的抗震能力比无望板强得多，望板能起到阻止屋架倾斜的作用。地震震害表明，未设上弦及下弦水平支撑的楞摊瓦屋盖，屋架产主倾斜甚至倒塌的震害较多，因此要有足够的屋盖支撑系统，保证屋盖沿纵向有足够的刚度和稳定，以满足抗震的要求。

5．2圈梁对增强厂房的整体性起到了重要作用，但预制圈梁抗震性能差，地震时在连接外容易拉断，因此要求圈梁应现浇且在厂房柱顶标高处沿房屋外墙及承重内墙闭合。对于

8、分度区还应沿墙高每隔3－4m增设一道圈梁，可提高砖墙的抗震性能，并能够限制地震时墙体裂缝的开展，减轻墙体破坏。当地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时，地震易出现裂缝，如果裂缝穿过厂房将使房屋撕裂，基础顶面应设置基础圈梁，以减轻地震灾害。当圈梁兼做门窗过梁或抵抗不均匀沉降影响时，圈梁的截面和配筋除满足抗震构造要求外，还应根据实际受力计算确定。

采用钢筋混凝土无檩屋盖的砖柱厂房，地震时在屋盖处圈梁下一至四皮砖的砖墙上易出现水平裂缝，因此8、9度时，在墙顶沿墙长每隔1m 左右埋设 1根8竖向钢筋，并插入顶部圈梁内，以避免上述震害的产生。

5．3地震中屋架与砖柱连接不牢，柱头产主破坏甚至屋盖坍落的震例是较多的。为了加强屋架与砖柱的连接，柱顶垫块应与墙顶圈梁整体浇注，屋架与垫块的预埋件采用螺栓连接或焊接。当垫块厚度或配筋过小时。预埋件的锚固不能满足要求，垫块厚度丁应小于240mm，井配置两层直径不小于8间距不大于100mm的钢筋网。烈度较高时，屋盖承受的地震作用较大，与垫块整体浇注的圈粱受到较大的扭矩，垫块两侧各500mm范围内圈梁的箍筋应加密，其间距不应大子100mm。

5.4山墙是砖柱厂房抗震的薄弱部位，地震时产生外倾、局部倒塌甚至全部倒塌，震害的主要原因是山墙顶部与屋盖系统拉结不牢。为了使屋盖与山墙可靠连接，应在山培顶部设置钢筋混凝上卧梁，通过卧梁内的预埋件与屋盖构件锚拉。

由于山墙比较高大，在横向地震作用下，墙体内的平面弯曲应力使墙体产主水平裂缝，墙体内的剪力使墙体产生交叉裂缝；在纵向地震作用下，墙体产生平面外倾倒。在山墙壁柱中配筋，可以防止或减轻上述震害的产生，壁柱的截面和配筋不应小于排架柱，并应通到墙顶与卧梁、屋面构件连接。

为了防止山墙和横墙的剪切破坏，对其开侗应有所限制，开洞的水平截面面积不应超过总截面面积的50％。

8、9度时在山墙和横墙两端应设置构造柱，9度时在高大洞口两侧应设置构造柱。

参考文献

中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》（征求意见稿），北京1998。

浅析厂房设计的优化策略 篇6

【关键词】厂房设计；结构；问题；优化策略；分析

一、厂房设计中存在的问题分析

在现阶段的厂房设计过程当中，所存在的问题不但体现在整体布局方面，同时在内部结构构成以及工程造价方面也存在着诸多的不合理，进而对整个厂房后期运行性能的发挥有着极为不利的影响，亟待改进。具体可归纳为以下几个方面：首先，从整体布局的角度上来说，厂房涵盖在企业生产作业区域当中，应当在布置方面与整个作业区域中的布置规划保持一定的协调性与契合性。若无法在设计阶段充分考虑这一问题，则可能导致厂房占地规划不够合理，与其他既有建筑之间存在矛盾，影响使用性能的发挥。其次，从内部结构的角度上来说，现代意义上的厂房设计结构大多以钢结构形式为主，在增设钢支撑设备的作用下，整个厂房内部结构所承载的荷载作用力也有所增大，为此，若无法实现对厂房结构的平衡性与分散性设计，则极有可能导致厂房的运行受到不利影响。最后，从工程造价的角度上来说，设计行为的开展不但需要保障建筑项目后期运行性能的稳定性，同时也需要尽可能的确保整个设计的经济性。而设计阶段作为影响工程造价的最主要阶段，若无法对其加以合理考量，则可能引发大量的返工返修作业，无法保障其综合效益的有效发挥。

二、厂房设计中的优化策略分析

需要明确的一点是，并非所有的厂房项目在结构形式的选择方面都需要以钢结构为准，一味的追求钢结构甚至有可能导致整个厂房建设项目潜在极大的安全隐患。（1）厂房设计中结构选型阶段的优化策略分析。结构选型阶段工作的最根本目的是确保所提出的设计方案能够最大限度的與需求方的实际需求相契合，在满足上述条件的情况下，尽可能的实现对厂房结构组成的简化，提高其利用效率。在当前技术条件支持下，厂房设计过程中的钢结构形式包括框架、桁架、网架等多种类型。在选择钢结构形式的过程中，需要遵循的基本原则在于：悬挂荷载作用力较大的钢结构形式应当优选网架结构，确保对建筑荷载作用力的有效分散与降低。与此同时，结合厂房使用需求，可在无缝钢管、焊接钢管等多种形式中加以选取，确保结构需求能够得到有效满足。特别是对于无缝钢管而言，同一般意义上的钢管与圆钢相比，在抗弯及抗扭强度均等的状态下，其质量较轻，经济性优势突出，对于提高钢结构稳定性与可靠性而言有着重要意义。（2）厂房设计中结构布置阶段的优化策略分析。在确定厂房的钢结构形式之后，就需要针对钢结构的具体布置情况加以详细研究与考量。在此过程中需要遵循的基本原则是：钢结构布置整体的均衡性。特别是从力学角度上来说，钢结构分布情况应当充分保障受力性能的均匀性与分散性，防止应力在过分集中状态下对厂房运行所产生的隐患。更加关键的一点：在厂房设计过程当中，可通过对柱距布置方式的调整与优化，实现对厂房结构的合理优化，其中，所涉及到的柱网布设方式包括等跨度式、内廓式（三跨对称式）这两种类型。其中，等跨度式的柱网布设方式多适用于厂房、仓库等、进深方向柱距可取值为6m～12m、开间方向柱距可取值为6m；内廓式的柱网布设方式多适用于建筑平面较小的厂房、其进深方向柱距可取值为6.0m～6.9m、中间跨方向柱距可取值为2.4m～3.0m、开间方向柱距可取值为3.6m～8.0m。（3）厂房设计中对连接板处理阶段的优化策略分析：连接板的处理是连接节点设计过程中的难点所在，需要相关工作人员针对其厚度大小加以严格控制，防止出现连接失效的问题。在当前技术条件支持下，连接板设计过程中的厚度取值可按照（梁腹板厚度+4）mm的方式加以确定，在此基础之上验证该取值参数作用下的净截面抗剪作用力性能，保障其应用稳定。与此同时，还需要安排专门工作人员针对其制造工艺流程加以详细审核，确保该部件质量性能的有效性。

三、结语

通过本文以上分析需要认识到，在厂房设计过程中，针对存在的问题与缺陷，需要相关人员及时针对设计方案加以合理调整与优化，在保障厂房结构稳定的同时，满足客户方面对于厂房结构的需求，同时实现对厂房工程造价的合理控制，提高其综合效益。本文针对上述问题展开了详细说明，希望能够引起关注与重视。

参 考 文 献

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[3]彭凌云，闫维明，吴宏雷等.对横向不设置剪力墙的火电厂房设计内力抗震调整的讨论[J].工业建筑，2008，38（7）：16～18，2

费鲁水电站厂房结构设计 篇7

费鲁水电站位于马里境内塞内加尔河上,工程主要包括对原有挡水堰进行改造,新建引水系统、发电厂房、开关站、输电线路及进场道路等工程。总装机容量为3×21 MW (灯泡贯流式机组),最大引用流量为500 m3/s,年发电量为3.2～3.5亿kW·h。厂房机组安装高程为15.6 m,机组间距为12 m,主机间净宽为16 m,机组段长度为41.4 m。厂房按万年一遇(0.01%)洪水校核,抗震按水平加速度αh=0.1g设计。

根据合同文件要求,该项目水工专业部分按美国陆军工程兵团USACE、美国混凝土协会ACI、美国钢结构协会AISC等标准进行设计。厂房横剖面如图1所示。

2 厂房布置

2.1 主机间

主机间共设置3台灯泡贯流机组,总装机容量为3×21MW,机组间距为12 m。水轮发电机组置于过水流道内,顺水流向依次为进口段、管型座、转轮室和尾水管段。

流道进口布置有拦污栅和检修闸门各一道,拦污栅尺寸为9.2 m×16.4 m (净宽×斜高),采用整体斜栅布置,栅面与水平面呈75。夹角,拦污栅底部高程为12.881 m。检修闸门孔口尺寸为9.2 m×10.548 m (宽×高),底部高程为10.54 m;进水口顶部平台顺水流方向宽度为12.312m,高程为44m,布置有清污机、门机,拦污栅和检修闸门共用平台上2×320 kN双向门机,门机轨距为7 m。右侧设有尺寸为11.48 m×4.74 m×8.60m (长×宽×深)的闸门存槽。

管型座、转轮室段尺寸取决于机组安装、运行和检修要求,水轮机室底高程为8.2 m,考虑检修排水廊道及渗漏集水井的布置,厂房建基面最低高程为3.5 m。流道顶板布置有发电机吊物孔[尺寸为6.11 m×5.39 m (长×宽)]、进人孔(直径D=1.4 m)、水轮机吊物孔[尺寸为8.4 m×3.78 m (长×宽)],运行层高程为26 m,布置有油压装置和调速器。主机间净宽为16 m,备有桥式起重机,起吊重量为20～100t,跨度为16 m,轨顶高程为56 m,桥机的上下游轨道梁支承在吊车柱牛腿上。屋顶底面高程为60.5 m。

在水轮机井底部高程8.2 m处,布置有贯穿主厂房的交通廊道,尺寸为3.78 m×2.8 m (宽×高),主要功能为安装检修水轮机部分,同时也是进入检修排水廊道、渗漏集水井的交通通道。

尾水管段流道出口底板高程为12 m,流道末端设有一道尾水事故闸门。尾水顶部交通平台高程为41m,顺水流方向宽度为8.88 m。尾水顶部布置有尾水排架,排架柱顺水流向间距为4.5 m,采用2×1 000 kN固定卷扬式启闭机起吊尾水事故闸门。

2.2 安装间

安装间位于厂房右侧,净宽度为16 m,地面高程为41 m,尺寸为19 m×19 m (长×宽),底板采用1.5 m厚混凝土浇筑。进厂大门与40.85 m高程的回车场相通。

2.3 副厂房

电站副厂房建设采用半封闭式,副厂房位于主机间下游侧,尾水管顶板高程22 m以上,尾水副厂房共分6层,各层布置如下。

▽22 m:化粪池、污水处理室、1#～3#机技术供水室、渗漏排水泵房、检修排水泵房、透平油罐室、油处理室。

▽26m:循环水池、中低压空压机室、CO2灭火设备室。

▽31m:发电机电压配电装置室。

▽36 m:电工试验室、蓄电池室、高压配电室、风机设备房。

▽41 m:中控室、继电保护屏室、通信机房、蓄电池室、工具间。

▽45 m:油箱室(轮毂高位油箱、轴承高位油箱)。

2.4 其他

2.4.1 厂内交通

副厂房左右两端各设置一道宽2.6 m的主楼梯,右端楼梯侧设男女厕所,右端楼梯上游侧设置一部电梯。右端主楼梯及电梯均可直通至水轮机井底部,并通过交通廊道贯通主厂房。主厂房下游吊车柱与各层副厂房间设宽2 m的走廊,左右两端与楼梯电梯贯通。副厂房内的机电设备可由吊物孔吊运。

场内桥机上下游轨道梁支承在吊车柱牛腿上,机轨顶高程为55 m,跨度L=16 m,起吊重量为20～100t。

2.4.2 厂内排水

厂房排水系统分为检修排水和渗漏排水2个系统。

厂房检修排水廊道布置在水轮机井底部,为1.5 m×2 m(宽×高)城门洞形廊道,底部高程为5.4 m,贯通全厂房,排水汇至2、3号机中墩下部顺水流向的检修排水廊道,再通过检修排水泵将水排到下游。

厂房渗漏集水井布置在1、2号机中墩下部,顺水流方向长11 m,宽4 m,深2.5 m,集水井底部高程为5.55 m。通过渗漏排水泵将水排到下游。

2.4.3 厂内通风

由于尾水位的影响,厂房为半封闭式厂房,因而给自然通风带来不利条件,故厂房采用机械进风、机械排风与自然排风相结合的方式。厂房的送风道布置在下游挡水墙与尾水副厂房处的通风夹墙内。

2.4.4 厂内采光

由于厂房为半封闭下沉式厂房,故厂房采光采用自然采光与人工采光相结合,主机间、安装场及副厂房的采光主要通过屋顶采光板采光。

3 结构设计

3.1 厂房整体稳定及地基应力

主机间和安装间之间设一条宽20 mm沉降缝,以一个缝段作为计算单元,由于安装场高程为41 m高于下游最高水位(前池水位不影响安装间),故安装间段不需进行稳定计算,只需进行主机间段整体稳定及基底应力计算。

根据美国陆军工程兵团规范EM 1110-2-2100,厂房主机间段抗滑、抗浮和基础面应力计算成果见表1。

从表1中计算成果可见,厂房地基允许承载力[R]=1.25MPa,以上所有工况最大压应力均小于地基允许承载力,满足要求;最小应力为地震工况出现0.05 MPa的拉应力,其余工况均未出现拉应力,满足要求。

3.2 厂房三维有限元计算

计算假定及边界条件:

(1)按线弹性进行厂房静力及地震动力分析。

(2)模型基岩假定为无质量线弹性的柔性地基。

(3)模型基岩四周采用法向约束,底部全约束。

采用ANSYS进行计算,厂房的变形及应力计算结果见表2、表3 (注:X向为水流方向,且顺河方向为正;Y向沿高程方向,以铅直向上方向为正;Z向垂直水流方向,从左岸指向右岸方向为正)。

(单位:mm)

(单位:MPa)

4 结语

费鲁项目资金来源于世界银行和欧洲投资开发银行贷款,中国水利水电建设集团国际公司总承包,工程经历了3次投标及澄清,合同签订后初步设计已经顺利完成;根据合同文件要求,施工图按美国陆军工程兵团USACE、美国混凝土协会ACI等标准进行设计,目前厂房的结构布置、稳定计算和三维有限元计算、施工图等设计文件均已经通过了加拿大AECOM和法国SOGREAH联营的咨询公司审批。工程已经于2009年11月底正式开工建设,计划于2012年10月底首台机组发电,2013年1月底工程竣工。

参考文献

[1]EM 1110-2-2100,Stability Analysis of Concrete Structures[S].

[2]EM 1110-2-3001,Planning and Design of Hydroelectric Power Plant Structure[S].

[3]ACI 318M-05,Building Code Requirements for Structural Concrete And Commentary[S].

[4]陈代良.马里费鲁水电站项目厂房土建设计说明报告[R].2010.

[5]卢丹玫.马里费鲁水电站项目厂房整体稳定及基底应力计算[R]. 2010.

火电厂主厂房结构设计优化措施 篇8

关键词：造价控制,施工图设计,过程控制系统,优化

设计阶段造价控制充分体现了事前控制的思想。为了避免施工阶段不必要的修改,减少设计变更造成的工程造价的增加和工期的延长,在没有开工之前,把好设计关尤为重要,一旦设计阶段造价失控,就必将给施工阶段的造价控制带来很大的负面影响。设计阶段的造价控制对提高设计质量、促进施工质量以及降低工程成本是大有裨益的。不注重设计阶段的造价控制,无法保证以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。

1 设计优化目的

主厂房结构设计在满足工艺布置要求的基础上,对主厂房结构进行多方案比较、论证,并充分考虑设计、施工、投资等各环节的具体情况,以达到节省工程量、缩短施工周期、控制工程造价的目的,力求在同行业中指标最好、成本最低,保证投资方以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。

2 结构抗震设防标准

按《建筑工程抗震设防分类标准》(GB500223-2008)、《电力设施抗震设计规范》(GB50260-2013)和《火力发电厂土建结构设计技术规定》(DL5022-2012)中的有关规定,单机容量为300MW及以上或规划容量为800MW及以上的火力发电厂主厂房确定为重要电力设施。电厂中的主厂房等主要生产建筑物的抗震设计按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中的乙类建筑的要求执行,乙类建构筑物应提高一度采取抗震措施。

3 钢筋混凝土主厂房的计算优化

3.1 结构形式的选择

分析主厂房结构在各工艺布置方案中的受力性能,保证结构在各种不利工况下满足强度、刚度、变形、延性和耗能性能等各项要求的同时,综合考虑设计计算分析结果、技术要求、工程造价等因素,最终选择主厂房结构型式的较优方案。

常规布置的主厂房结构选型可按以下原则确定。

(1)主厂房采用钢筋混凝土结构时,6度及7度I~Ⅱ类场地时,宜采用钢筋混凝土框架结构;7度Ⅲ~Ⅳ类场地时,钢筋混凝土结构宜选择框架一抗震墙或框架一支撑体系,也可采用钢结构。

(2)8度Ⅱ~Ⅳ类场地时,主厂房宜采用钢结构,结构体系宜选择框架一支撑体系。

(3)单机容量1 000 MW及1 000 MW以上时,主厂房宜采用钢结构。当采用钢筋混凝土结构时应进行专门论证。

3.2 结构布置的调整

厂房结构应与工艺专业统一规划,平面和竖向布置应控制局部凹凸变化,按需要增设防震缝,使结构布置规则、均匀,宜合理布置结构抗侧力体系和结构构件,提高结构体系的抗震性能。

对工艺布置中可能出现的对抗震不利的因素,如短柱、错层、薄弱层、异型节点等,进行分析、计算和论证。通过优化层高、梁柱断面等手段,尽可能避免或减少产生短柱、错层提高结构的抗震性能。对不可避免的短柱,通过采用合理的构造措施来提高其延性和抗剪能力。

通过合理的工艺布置方案来避免异型框架节点,做到结构竖向布置连续,力求各层间刚度的差异较小,以防形成薄弱层。

通过结构支撑布置及构件截面的调整,使两个主轴方向动力特性尽可能相近,刚度中心与质量中心尽可能接近,减小结构出现扭转的程度和幅度,使整个结构体系更利于抗震。

3.3 计算软件的输入条件控制

目前在主厂房结构计算中通常采用的是国家建筑科学研究院研究开发的PKPM设计计算软件。在设计过程中的一些特殊情况下,如有必要,可以采用多种软件进行空间结构计算和地震分析,相互验算复核。

3.3.1 控制荷载输入

和工艺专业配合,了解各种荷载工况的适用条件,细化荷载取值。

工艺专业提供了全部设备荷载后,正常运行工况下,楼面活荷载可分别取4.0 k N/m2(设备管道密集区域)和2 k N/m2(空闲场地),组合系数取0.7。

3.3.2 优化荷载组合

地震工况下,楼面活荷载取正常运行工况下的活荷载,优化参震质量。

计算主厂房框排架结构荷载效应组合时,不考虑施工安装时大件设备的运输、起吊等临时荷载,这类荷载一般采取临时加固措施解决,必要时可对个别构件进行验算,其安全等级可降低一级采用。

主厂房内设备和管道非正常运行工况时的活荷载,不参与框排架整体分析时的荷载效应组合,但在结构构件及其连接设计时,此类活荷载应参与荷载效应组合,且结构构件的安全等级不应降低。

3.4 高强材料的使用

配合高强钢筋与高强混凝土的使用,如采用高强度混凝土(C50)、高强度钢筋(HRB400),可以减小梁柱截面尺寸,减少混凝土用量,从而减轻结构自重,增大有效利用空间,减少基础工程量,方便工艺专业布置。

随着生产工艺的进步,高强钢筋和高强混凝土的使用成为可能,目前国家新《混凝土结构设计规范》将列出的最高混凝土强度等级已经提高到至C80,钢筋级别中列出了HRB400级钢筋,使钢筋混凝土结构有更为广阔的使用空间。首先,材料性能优越,可以解决较为复杂特殊的结构问题。而且,采用高强混凝土和高强钢筋,可以减少混凝土及钢材用量,可以减小梁柱截面,增加使用空间,可以节约能源,减少资源消耗,社会效益明显。第三,可以缓解混凝土轴压比超限问题,改善异型节点的受力状况。第四,高强混凝土的密实度要优于低强度等级混凝土,耐久性更好,减小混凝土的碳化,对阻碍钢筋的锈蚀有良好的作用。

4 主厂房的楼板设计优化

该工程详细分析了主厂房各部分工艺专业布置的具体情况,最大程度地考虑工程的施工便利性和经济性,提出了以下优化措施。

(1)主要楼板均采用钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构,混凝土板下方的钢梁可以方便工艺专业管道的支吊,减少预埋铁件的工程量,便于现场土建专业施工和工艺专业安装。

(2)钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构通常在楼板下设置压型钢板底模,可以有效地方便施工,加快施工进度。如果施工条件允许,该层压型钢板底模也可以省略不设。根据以往的工程经验,不设底模不但可以节约压型钢板的造价,而且可以减少楼板总厚度,有效地减少楼板自重,同时也可以使主厂房框架梁柱尺寸更小,配筋更经济。所以,在施工条件和施工工期允许的条件下,推荐不设压型钢板底模的方案,从减少工程造价方面效果还是很明显的。

(3)楼板下的钢梁按照钢梁-钢筋混凝土板组合结构进行整体计算,该方法把钢梁和混凝土板作为一个整体进行计算,考虑混凝土板和钢梁的共同作用,充分利用了混凝土受压性能和钢梁的受压性能,与梁板单独计算相比,可以明显减少板底钢梁的高度,主厂房的钢材用量可以减少15%左右。

5 汽机房屋面结构优化

(1)屋面板选型优化。

屋面板通常选用的有:单层压型钢板做底模的现浇轻质混凝土屋面板加保温防水(较重)、双层压型钢板自防水带保温屋面板、单层压型钢板做底模的硬泡聚氨脂保温防水一体化屋面板。

屋面板在造价允许的情况下,建议尽量选择自重较轻的屋面形式,屋面荷载减轻后可以有效的减少屋面承重结构的用钢量,其综合造价的经济性较好,并具有外形美观等优点。

(2)屋面承重结构选型优化。

汽机房屋面承重结构通常有钢屋架、实腹钢梁、网架等传统的结构形式,目前也有工程采用管桁架的结构,各方案从技术上说各有利弊。各方案的特点见表2。

网架和管桁架适用于荷载较小的轻型屋面,对于钢筋混凝土现浇屋面就不适用。钢屋架和实腹钢梁应用广泛,对制作加工和现场施工无特殊要求,抗变形等能力较强,适应性较好,具有施工简便,可靠度高的特点,经济性最优。

通过对汽机房屋面承重结构的比较可知,汽机房屋面承重结构的选用应根据工程实际需要,选用性价比最优的方案。

6 结语

综上所述,该工程主厂房结构设计在满足工艺布置要求的基础上,为做到指标先进、成本最低、经济适用的原则,可以从结构选型、结构布置、计算输入控制等方案着手,同时对楼板设计和汽机房屋面进行设计优化,可以有效的节约工程量,达到节省投资、缩短施工周期、控制工程造价的目的,保证业主以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]史祝.大型火电厂主厂房钢框排架结构抗震性能试验及其优化设计[D].西安建筑科技大学,2012.

钢结构厂房设计技术总结 篇9

内蒙古伊东煤炭集团准格尔旗纳林沟煤炭有限责任公司孙家壕煤矿改扩建工程中设备中转库为钢结构厂房, 该厂房为单层独立厂房, 结构形式为钢排架结构;跨度为15m, 柱距6m, 厂房内设一台50/10t吊车, 工作制为A5, 吊车牛腿标高为7.50m, 柱顶标高为11.90m, 檐口标高为13.65m;屋面、墙面围护材料为100mm厚保温彩钢板。本地区场地地震基本烈度为7度, 加速度值为0.10g, 场地类别为Ш类。基本风压为0.50kN/m2, 基本雪压为0.35kN/m2。屋面活荷载0.50kN/m2。当地最低气温-34℃。屋架为梯形钢屋架, 柱子为焊接变截面实腹单阶柱。吊车梁为焊接实腹工字型吊车梁。基础为柱下独立阶型基础。

2 结构形式的确定

2.1 排架形式的确定

钢结构厂房的结构形式主要有以下几种:门式刚架、排架、刚接框架。门式刚架通常适用于跨度9～36m、柱距6m、柱高4.5～12m、设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑, 设置桥式吊车时, 宜为起重量不大于20t的中、轻级工作制吊车;设置悬挂吊车时, 起重量不宜大于3t;对厂房较高 (H>18m) 时单跨 (多跨) , 吊车起重量较大 (Q>50t) 及硬钩吊车的重型厂房, 为保证厂房横向刚度要求, 宜采用刚接框架形式;其他的结构可采用排架结构形式。排架柱在基础处通常做成固定端, 柱顶与屋架或横梁的连接可以做成铰接, 也可以做成刚接。柱的上下两端均为刚接的排架, 可以增加刚度和节约钢材。通常在采用重型屋盖的刚接排架中, 为了减少柱上端的弯矩, 可以在屋盖结构安装完毕后再将柱顶刚接, 以减少由屋盖静荷载所产生的柱顶固定端弯矩。

本工程中桥式吊车为50t, 没有悬挂吊车, 也没有天窗系统, 屋面采用保温彩板围护, 不属于重型屋盖结构, 综合本工程的结构特点, 最终确定采用柱顶铰接的排架结构形式。柱子为焊接变截面实腹单阶柱, 屋架、吊车梁选用国标图集。

2.2 柱间支撑的布置

柱间支撑的布置:有吊车时, 应在厂房单元中部设置上、下柱间支撑, 并应在厂房单元两端增设上段柱柱间支撑;抗震设防烈度为7度时结构单元长度大于120m, 8、9度时结构单元长度大于90m, 宜在单元中部1/3区段内设置上、下段柱间支撑。根据工程的特点, 柱间支撑选择在厂房单元两端设上段柱柱间支撑, 在厂房单元中部设置上、下柱间支撑。

2.3 刚接柱脚形式的确定

钢结构柱脚按结构内力划分, 可分为铰接柱脚和刚性固定柱脚两大类。铰接柱脚仅传递竖向荷载和水平荷载。刚性固定柱脚, 除了传递竖向荷载和水平荷载外, 还要传递弯矩, 计算和构造较复杂。刚性固定柱脚按其构造形式可分为三种形式:露出式柱脚, 埋入式或插入式柱脚, 以及外包式柱脚。根据本工程的特点选择带柱靴的露出式刚性固定柱脚。

3 钢柱钢材的选用及要求

3.1 钢柱钢材的选用

为了保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏, 应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑, 选用合适的钢材牌号和材性。一般可选用的钢材有:Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢。因本工程柱距、跨度均较小, 屋面为轻型彩板屋面, 故钢柱选用Q235钢。

3.2 对钢材材性的要求

3.2.1 在钢结构设计中, 应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号 (或钢号) 和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。此外, 还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的要求。另外还应注明对有害元素的限值及对钢材塑性、韧性的要求, 主要是对硫 (S) 、磷 (P) 含量的限值, S会增加钢材的热脆性, P会增加钢材的冷脆性, 最后对碳 (C) 的含量也应有限值, 虽然增加C含量会提高钢材的强度, 但是会降低钢材的塑性及可焊性。

3.2.2 对焊接结构及非焊接结构限制采用Q235沸腾钢须注明。虽然现在随着炼钢技术的改进, 沸腾钢在市场上已经很少遇到, 但是一些小钢厂还会生产沸腾钢, 所以对不能用沸腾钢的结构须明确指出。本工程主要结构受力构件的钢材选用Q235-B钢。

3.2.3 对钢材强度及塑性、韧性的要求。钢材的抗拉强度是钢材受力破坏时所能达到的强度值, 屈服强度是设计时我们取用的强度值, 抗拉强度至少大于屈服强度20%, 作为结构的安全储备。伸长率的要求是对钢材塑性的要求, 是为了保证结构的塑性设计而提出的要求。冷弯试验的合格保证及对冲击韧性的要求是为了防止结构发生脆性破坏而提出的, 须严格执行。

3.2.4 设计中须明确规定对需要验算疲劳的焊接、非焊接结构钢材冲击韧性的合格保证。虽然本厂房为采暖房屋, 但考虑到会出现厂房采暖系统出现故障吊车还会工作的情况时, 且本地区最低气温为-34℃, 所以对吊车梁的材质提出了应具有0℃冲击韧性的合格保证, 选用Q345-C钢。

4 设计中所用到的计算软件

本工程计算钢柱的软件为中国建筑研究院编制的结构计算软件PKPM, 选用的模块为STS中的框排架模块。计算结果须满足的项目有:强度计算应力比、平面内稳定应力比 (对应长细比) 、平面外稳定应力比 (对应长细比) 、节点位移, 同时须查看超限信息输出文件看是否有超限项目, 如有超限项目, 则须重新调整模型, 直到无超限项目出现为止。

5 其他须注意的事项

5.1 设计中须明确对钢结构连接材料的要求。

这里须强调的是对焊条烘干的要求, 为了减少焊缝出现裂缝的可能, 焊条在使用前须烘干, 焊条烘干时对烘干时间、烘干温度、烘干后使用的时限都有严格的要求。

5.2 螺栓间距的设置要求。

螺栓间距如设置过大, 则连接板会连接不紧密, 会有缝隙出现, 会出现锈蚀现象, 影响结构的耐久性;螺栓间距如设置过小, 则可能会出现连接板被剪断的现象, 因此螺栓间距的设置须严格按《钢结构设计规范》 (GB50017-2003) 第8.3.4条规定设置。

5.3 设置引弧板和引出板。

焊接时, 起弧和落弧时, 会产生焊接缺陷, 会对母材有损伤, 因此对重要的结构在设计中须明确提出设置引弧板和引出板。

5.4 钢结构柱脚须用低标号的素混凝土包裹。

因为钢结构柱脚会锈蚀, 为了满足耐久性的要求, 须用素混凝土包裹。

5.5 吊车梁上、下翼缘板在跨中三分之一跨长范围内, 应尽量避免拼接。

上、下翼缘板及腹板的拼接, 应采用加引弧板 (其厚度和坡口与主材相同) 和引出板的对接焊缝, 并保证焊透, 引弧板和引出板割去处应予打磨平整, 上、下翼缘和腹板的对接焊缝不应设置在同一截面上, 应相互错开200mm以上, 与加劲肋亦应错开200mm以上。吊车梁上翼缘板对接焊缝的上表面, 下翼缘板对接焊缝的上、下表面及所有引弧板割去处, 均应采用机械加工, 一般可用砂轮修磨使之与主体金属平整。

摘要：文中主要介绍了内蒙古伊东煤炭集团准格尔旗纳林沟煤炭有限责任公司孙家壕煤矿改扩建设备中转库的设计要点, 针对其吊车吨位大、结构为钢结构厂房的特点, 着重对设计中须注意的设计要点、结构形式的选择及设计选用的钢材做了阐述。

某框架结构厂房加固设计方案 篇10

某电镀车间厂房为二层框架结构, 基础采用柱下独立基础, 建成于2003年, 所处地区抗震设防烈度为7度 (0.10g) , 设计地震分组为第二组。由于生产线改造, 需要在二层楼面新增生产设备 (如图1所示) , 对应二层新增设备位置在屋面新增230吨水箱, 导致二层楼面荷载大幅增加, 屋面框架梁增加较大集中荷载。采用PKPM结构计算软件建模计算, 在新增荷载作用下, 原结构局部区域板、梁、柱构件承载力不满足要求, 应对该厂房进行结构加固, 使其满足新的使用要求。

2 加固设计方案

该厂房为电镀车间, 工作环境腐蚀性较强, 由于业主缺乏专业知识, 未采取正确的施工顺序, 在该厂房加固前, 二楼楼面的专业防水防腐蚀处理已施工完毕, 而且生产设备的外箱也已安置就位, 加固施工则会破坏已施工完毕的楼面防水层, 设备外箱也需重新吊装外运, 将造成重大的经济损失。因此, 如何进行加固优化设计, 在确保结构安全的同时尽量减少损失是本工程加固设计的关键。

2.1 二层楼板的加固处理

根据计算结果, 增加楼面荷载后, 局部区域楼板承载力相差较多, 需进行加固, 初步方案拟新增次梁然后楼板上粘贴钢板或碳纤维布。但该方案需凿除板面防水层及粉刷层, 且设备需吊装外运, 经济损失较大。综合考虑该工程实际情况和经济效益, 为了避免进行楼板的加固处理, 本工程采用改变传力途径法, 在设备外箱下铺设钢梁, 如图2、3所示。新增设备荷载通过钢梁直接传到原有梁上, 避免了楼板的加固。

2.2 二层楼面梁、屋面梁及框架柱加固处理

(1) 二层楼面梁加固

增加设备荷载后, 原梁承受的荷载增加。根据计算结果, 原梁的结构计算内力提高幅度较大, 局部梁甚至产生超筋破坏, 所以对原梁采用三边扩大截面法加固, 以大幅提高梁承载力。

但是按照常规的施工方法, 梁三边扩截面施工一般需开凿梁侧局部楼板灌注混凝土, 势必对原楼面造成破坏。而与普通混凝土浇筑方法相比, 采用喷射混凝土施工无需模板, 可在板底梁侧直接喷射施工, 避免普通施工方法浇筑混凝土对楼板的开槽破坏。并且喷射混凝土粘结性强, 有较高的强度, 可以形成较薄的密实的混凝土层与原有的结构面粘结牢固且共同承载, 因此, 采用喷射混凝土的方法施工薄层混凝土是非常好的方法。为此, 本工程设计考虑对梁侧扩截面混凝土采用喷射混凝土施工工艺进行施工, 相应新增梁面纵筋植筋于板底梁侧, 新增箍筋自板底从梁中穿孔植筋形成封闭箍筋, 如图4所示。

(2) 屋面梁加固

由于屋顶新增230吨的水箱荷载, 水箱柱落在原屋面框架梁和框架柱上。原框架梁在水箱柱集中力作用下计算产生超筋破坏, 设计采取梁面梁底双面扩大截面法加固。

(3) 框架柱加固

因局部区域荷载大幅增加, 该区域框架柱存在配筋不满足计算要求, 轴压比超限等问题, 根据《混凝土结构加固设计规范》 (GB50367-2006) , 该柱采用扩大截面进行加固。由于只需开凿柱扩大的尺寸范围的楼板, 之后用细石混凝土浇筑扩大柱截面, 可以不破坏其余楼板, 对原楼面的使用影响较小。因此加固框架柱可以采用立模板浇筑混凝土的方法进行扩截面加固, 而无需采用喷射混凝土工艺, 以节约经济成本。

2.3 地基基础加固处理

由于上部结构增加了生产设备荷载以及屋面水箱荷载, 根据计算结果, 部分柱底轴力大幅增加, 原地基基础承载力不满足要求。

对既有建筑物地基基础的加固, 在具体选择处理方法时, 应特别注意到, 既有建筑物与待建建筑物的地基加固处理机理迥然不同。对既有建筑物, 建筑物荷载已经存在, 建筑物也存在, 因而对加固处理方法的选用, 一是必须尽量减少对地基土体的扰动, 二是必须严格控制施工产生的附加沉降, 使对上部结构的影响降到最低程度。用锚杆静压桩技术处理地基, 一是能明显减少软土的施工附加沉降, 又不会产生振动和噪声等, 对周围居民生活影响不大;二是桩压入后与土形成桩土体共同作用, 提高地基承载力, 从而能够承受上部结构所增加的大量荷载。

根据柱底轴力增加的幅度大小, 本工程对于柱底轴力增加幅度较小的基础采用外包钢筋混凝土加固法扩大基底面积加固 (如图5) ;而对于柱底轴力增加幅度较大的基础采用增设锚杆静压桩加固法来承受柱底新增加的轴力 (如图6) 。

锚杆静压桩是锚杆桩和静压桩相结合的一种施工工艺, 其加固机理是通过在基础上埋设受拉锚杆, 利用锚杆固定压桩架及构筑物所能发挥的自重荷载作为压桩反力, 通过电动液压千斤顶将预制短桩段从基础中预留或开凿的压桩孔内逐段压入土层, 当压入的桩达到预定的深度和拟定的承载力时, 用微膨胀早强混凝土将桩与建筑物基础连在一起, 使上部结构的部分荷载通过桩传给地基较深较好的持力层, 以减轻其负载。

但是当基础采用锚杆静压桩加固后, 原先的独立基础变为桩承台, 应重新按照承台设计进行计算复核。因此, 将原基础改造为桩承台, 对基础高度进行大幅度增加, 需增设梅花状布置的销筋钻孔植筋于原基础中, 以增加新增基础截面和原基础之间的拉结, 形成一个整体的桩基承台。

3 结语

本加固工程由于楼面施工受到限制, 通过优化设计, 在进行楼面加固时采用板面铺设钢梁直接传递荷载的方法, 在梁扩截面加固时考虑采用喷射混凝土的方法直接在板底对梁侧进行喷射施工, 避免了对已施工完毕的楼面防水层造成破坏, 取得了良好的经济效益。该工程施工后使用至今未出现异常情况, 加固效果良好。

参考文献

[1]范世平.建筑加固用喷射混凝土技术的研究[J].特种结构, 2003 (9) :66～68

[2]四川省建筑科学研究院.GB50367-2006混凝土结构加固设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2006

[3]中国建筑科学研究院.GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[4]中国建筑科学研究院.GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[5]中国建筑科学研究院.GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

峡山水电站主厂房吊车梁结构设计 篇11

关键词 峡山水电站；主厂房吊车梁；结构设计

中图分类号 TV73 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0148-02

1 主厂房吊车梁及桥机概况

主厂房吊车梁：峡山水电站主厂房吊车梁布置于宽为0.7 m的主厂房排架柱牛腿上，共分为两段。吊车梁L1共3跨，第一、二跨净跨度均为6.43 m，第三跨为6.335 m；吊车梁L2共5跨，1~4跨净跨度均为7.34 m，第五跨为7.335 m。

桥机：峡山水电站采用一台160/50 t电动双钩慢速桥式起重机，桥机轨距为20m。桥机由大车及小车组成。小车位于大车之上，大车上下游两侧车轮分别作用于主厂房上下游吊车梁上。大车每侧均有6个车轮，轮距为0.7 m，最大轮压为256 KN。大车轮距及轮压分布详细情况见图1。

2 吊车梁结构设计

吊车梁在运行过程中主要受桥机荷载及自重作用。桥机在运行中会产生竖向荷载、横向水平荷载及沿吊车梁纵向的水平荷载。桥机竖向荷载是指由于桥机及吊物自重产生的作用于吊车梁的荷载。桥机在运行过程中起吊、卸载等均会引起吊车梁振动，尤其是桥机经过轨道接头处时，还将发生碰撞，则吊车梁进行强度计算时应乘以动力系数1.05。桥机横向水平荷载是指小车横向水平移动时刹车产生的水平荷载，由小车轨道传至吊车梁顶部，由于桥机横向水平力较小，因此，可不对吊车梁做专门的抗扭计算。桥机纵向水平荷载是指大车在运行过程中刹车时产生的水平荷载，对吊车梁做截面设计时可不予考虑。

峡山水电站主厂房吊车梁采用钢筋混凝土（C25砼）T形截面，根据桥机荷载、主厂房排架柱的间距等，初步拟定T形截面翼缘宽度为1.0 m，梁高为1.6 m，翼缘厚度为0.3 m，腹板厚度为0.5 m。

吊车梁计算跨度：吊车梁单跨的计算跨度L0取通过以下两种计算结果的较小值：

L0= Ln+a或L0=1.05 Ln。

式中：Ln为吊车梁单跨的净跨度；

a为吊车梁的支撑长度。

吊车梁内力计算：吊车梁自重的荷载分项系数取1.05，桥机竖向、横向荷载的荷载分项系数均取1.1，桥机竖向荷载动力系数取1.05。计算吊车梁内力时，先将吊车梁的单跨分为10等份，按查表系数法分别求出吊车梁各截面在自重及桥机荷载组合作用下的最大弯矩及剪力。

3 吊车梁配筋计算

吊车梁配筋计算内容包括正截面受弯承载力计算、斜截面受弯承载力计算及受扭承载力计算。

3.1 正截面受弯承载力计算

吊车梁在移动荷载作用下各截面弯矩的计算公式为：

M=αPl0

式中：M—移动荷载作用下吊车梁各截面弯矩；

α—移动荷载作用下各截面的弯矩系数，可通过查表求取。

吊车梁在自重作用下各截面弯矩的计算公式为：

M1=α1gl02

式中：M1—自重作用下吊车梁各截面面弯矩（KN.m）；

α1—自重作用下各截面的弯矩系数，可通过查表求取；

g—吊车梁自重（KN/m）。

分别求得移动荷载及自重作用下各截面弯矩后，将两种荷载作用下各截面的弯矩值叠加即得各截面弯矩。

3.2 斜截面受弯承载力计算

吊车梁在移动荷载作用下各截面剪力的计算公式为：

V=βP

式中：V—移动荷载作用下吊车梁各截面剪力；

β—移动荷载作用下各截面的剪力系数，可通过查表求取。

吊车梁在自重作用下各截面剪力的计算公式为：

V1=β1gl0

式中：V1—自重作用下吊车梁各截面面剪力（KN）；

β1—自重作用下各截面的剪力系数，可通过查表求取；

g—吊车梁自重（KN/m）。

分别求得移动荷载及自重作用下各截面剪力后，将两种荷载作用下各截面的剪力值叠加即得各截面剪力。

根据上述计算结果，求出吊车梁的弯矩设计值：M=γ0φMmax，其中γ0为结构重要性系数，本工程取为1.0，φ为设计状况系数，本工程取为1.0。根据弯矩设计值计算T形截面的配筋。

4 裂缝宽度验算

一般钢筋混凝土结构，在荷载作用下，截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限拉伸值，因而构件在使用时总是带裂缝工作的，但构件裂缝宽度应得到严格的控制，须符合规范允许的裂缝宽度值。

对于主厂房吊车梁应按荷载效应的短期组合和长期组合分别求得最大裂缝宽度Wmax，其计算公式如下：

Wmax=α1α2α3σss（3C+0.1d/ρte）/Es

Wmax=α1α2α3σsl（3C+0.1d/ρte）/Es

σss=MS/（0.87h0As）；σs1=Ml/（0.87h0As）

式中：α1—构件受力特征系数，本工程中吊车梁为受弯构

件，取α1=1.0；

α2—钢筋表面形状系数，吊车梁主筋为变形钢筋，取

α2=1.0；

α3—荷载长期作用影响系数，对荷载效应的短期组合

取1.5，对荷载效应的长期组合取1.6；

C—最外排纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离

（mm），C=30mm；

d—受拉钢筋直径；

ρte—纵向受拉钢筋的有效配筋率，ρte=AS/Ate，当ρte<0.03时，

ρte取为0.03；

As—受拉区纵向钢筋截面面积；

Ate—有效受拉混凝土截面面积，本工程中Ate=2ab，其中a为受

拉钢筋As重心至截面受拉边缘的距离，b为T形截面的肋宽；

σss、σsl—分别按荷载效应的短期组合及长期组合计算的构件

纵向受拉钢筋应力；

Ms、Ml—分别由荷载标准值按荷载效应短期组合及长期组合

计算的弯矩值；

h0—截面有效高度。

通过上述相关公式求得的吊车梁裂缝宽度均需小于相应荷载效应组合下裂缝宽度的规范允许值。

5 挠度的计算

吊车梁的变形应控制在合理范围之内，吊车梁的挠度应按荷载效应的短期组合及荷载效应的长期组合分别计算。吊车梁受自重（均布荷载）及桥机竖向荷载（集中荷载）作用，根据材料力学知识，吊车梁挠度为自重及桥机竖向荷载作用下所产生挠度的叠加结果。其计算公式为：

W=5gl4/（384B）+Pl3/（48B）

式中：g—吊车梁重度（KN/m）；

l—吊车梁计算跨度（m）；

P—大车轮压（KN）

B—吊车梁刚度。

吊车梁刚度分为荷载效应的短期组合对应的短期刚度Bs及荷载效应的长期组合对应的长期刚度Bl。

短期刚度Bs按下式进行计算：

BS=（0.025+0.28αEρ）（1+0.55γf’+0.12γf）Ecbh03

式中：ρ—纵向受拉钢筋配筋率，ρ=As/（bh0），b为截面宽度；

γf’—受压翼缘面积与腹板有效面积之比，γf’=（bf’-b）hf’/（bh0），其中bf’、 hf’为受压翼缘宽度及高度，当hf’>0.2h0时，取hf’=0.2 h0；

γf—受拉翼缘与腹板有效面积的比值，本工程取为0。

长期刚度Bl按下式进行计算：

Bl=MsBs/[Ml(θ-1)+MS]

式中：Bs—短期刚度；

θ—考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数；

Ms、Ml—分别由荷载标准值按荷载效应的短期组合及

长期组合计算的弯矩值。

θ可按下式计算：

θ=2.0-0.4ρ’/ρ

其中ρ’、ρ—分别为受压钢筋和受拉钢筋的配筋率（ρ’=A’S/bh0，ρ=As/bh0）。

由上述公式可求得吊车梁在不同荷载效应组合下的挠度。

6 计算结果

吊车梁内力计算结果见表1。

吊车梁配筋计算结果见表2。

吊车梁裂缝宽度计算结果见表3。

吊车梁挠度计算结果见表4。

通过对上述计算结果的分析可知：吊车梁结构尺寸选择合理，通过计算配置钢筋后，吊车梁裂缝宽度及挠度均控制在规范范围之内，为桥机的安全运行提供了充分的保障。

参考文献

[1]刘瑞等.水工钢筋混凝土结构学[M].北京:中国水利水电出版社,1996.

[2]孙训方,方孝淑,关来秦.材料力学(I)(4版)[M].北京:高等教育出版社.

作者简介

某火灾后厂房结构加固设计 篇12

某厂房建筑平面为矩形, 建筑总长84.7m, 总宽度22.0m, 总建筑面积约为3996m2, 一至二层层高均为4.2m, 总高8.4m。厂房结构为二层现浇钢筋混凝土框架结构, 由 (1-8) 轴结构单元及 (9-16) 轴结构单元组成, 结构单元之间设置变形缝, 基础采用柱下钢筋混凝土独立基础。房屋一至二层使用功能为大开间厂房, 一层建筑平面布置示意见图1。厂房于2007年建成并投入使用。

该房屋于2013年6月18日5时59分发生火灾, 火灾起火点位于一层 (A-B) - (6-7) 轴间部分, 然后迅速向左侧蔓延, 将部分玻璃和铝合金窗熔化, 引起室内燃烧, 大火燃烧时间约为90mim。燃烧物主要为木板、鞋垫、纸皮等。消防部门采用高压喷水方式进行灭火。

2 火灾后结构损伤鉴定

2.1 火灾损伤区域

根据福建省建筑工程质量检测中心有限公司进行的火灾后结构损伤鉴定报告 (以下简称《鉴定报告》) , 综合判断一层燃烧区温度介于500℃~800℃之间, 局部可能超过800℃;非燃烧区火灾温度在300℃以下。具体火灾损伤区域见图2。

2.2 柱构件

根据中国工程建设协会标准《火灾后建筑结构鉴定标准》6.1.2条, 火灾后结构构件初步鉴定评级:

Ⅱa级—轻微或未直接遭受烧灼作用, 结构材料及结构性能未受或仅受轻微影响, 可不采取措施或仅采取提高耐诡谲性的措施。

Ⅱb级—轻度烧灼, 未对结构材料及结构性能产生明显影响, 尚不影响结构安全, 应采取提高耐久性或局部处理和外观修复措施。

Ⅲ级—中度烧灼尚未破坏, 显著影响结构材料或结构性能, 明显变形或开裂, 对结构安全或正常使用产生不利影响, 应采取加固或局部更换措施。

Ⅳ级—破坏, 火灾中或火灾后结构倒塌或构件塌落;结构严重烧灼损坏、变形损坏或开裂损坏, 结构承载能力丧失或大部丧失, 危及结构安全, 必须或必须立即采取安全支护、彻底加固或拆除更换措施。

注:火灾后结构构件损伤状态不评Ⅰ级。

6.1.3火灾后结构构件的详细鉴定评级, 应根据检测鉴定分析结果, 评为b、c、d。

b级基本符合国家现行标准下限水平要求, 尚不影响安全, 尚可正常使用, 宜采取适当措施。

c级不符合国家现行标准要求, 在目标使用年限内影响安全和正常使用, 应采取措施。

d级严重不符合国家现行标准要求, 严重影响安全, 必须及时工立即加固或拆除。

注:火灾后的结构构件不评a级。

根据《鉴定报告》, 应加固的为一层损伤状态评为Ⅲ级的柱构件 (详图3, O为Ⅲ级构件) 。

2.3 梁构件

根据《鉴定报告》, 应加固的为二层损伤状态评为Ⅲ级的梁构件 (详图4, 涂黑部分为Ⅲ级构件) 。

2.4 板构件

根据《鉴定报告》, 应加固的为二层损伤状态评为Ⅳ级、Ⅲ级的板构件 (详图5, 阴影部分为Ⅲ级构件, 斜线部分为Ⅳ级构件) 。

3 火灾受损构件加固设计

3.1 加固总体方案

依据《混凝土结构加固设计规范》GB 50367-2013结合《鉴定报告》, 结构加固设计主要是针对损伤状态评为Ⅲ级、Ⅳ级的构件, 加固的总体方案如下:首先对二层楼盖采用临时钢管支撑进行支护, 对严重烧灼损坏评为Ⅳ级的的二层楼板, 拆除原楼板混凝土, 保留原楼板钢筋, 重新浇捣楼板混凝土;对中度烧灼或尚未破坏评为Ⅲ级的二层楼板凿除烧伤酥松混凝土, 新增板底钢筋, 喷抹高强聚合物砂浆;对损伤状态评为Ⅲ级的一层柱、二层梁采用凿除烧伤疏松混凝土后扩大截面法进行加固。对轻度烧灼损伤状态评为Ⅱb级的柱、梁、板构件采用高强聚合物砂浆修复仪提高其耐久性。

3.2 钢管支撑方案

对二层楼盖采用Φ200钢管支撑进行支护以排除险情。每根梁设置两根钢管, 钢管上下对齐, 两端用钢板封闭, 下垫300×300的方木。由于火灾作用, 梁构件混凝土强度降低、截面削弱、刚度降低, 在竖向荷载作用下已产生较为明显的挠曲, 采用千斤顶给梁反向加荷, 利用钢管的顶升作用, 梁柱卸荷至钢管, 阻止梁柱构件裂缝继续发展。

3.3 结构损伤构件计算原则

结合已有火灾工程经验, 根据中国工程建设协会标准《火灾后建筑结构鉴定标准》[CECS 252:2009]燃烧区结构材料强度可按如下取值:二层部分楼板已严重烧灼损坏, 混凝土基本已无利用价值;一层柱及二层梁在凿除表面疏松层后, 混凝土强度设计值可乘以折减系数0.7;火灾高温后钢筋强度降低、钢筋与混凝土之间粘结强度降低、钢筋表面锈蚀, 燃烧区混凝土构件钢筋强度设计值乘以折减系数0.8。依《鉴定报告》非燃烧区及温度作用区结构材料强度满足原设计要求, 可按原设计取值。

3.4 柱加固

柱构件表面混凝土酥松, 内核混凝土强度降低, 加固应以提高混凝土抗压强度为主。综合比较扩大截面法、角钢加固法及粘贴钢板法, 采用扩大截面法提高其承载力。加固时首先凿去构件混凝土存在的损坏部位清理至密实部位, 并将表面凿毛或打成沟槽, 沟槽深度不宜小于6mm, 间距不宜大于箍筋间距或200mm, 被包的混凝土棱角应打掉, 同时应除去浮渣、尘土, 露出新鲜基面、箍筋和主筋。用水冲洗干净并刷涂截面剂, 界面剂涂刷应掌握涂刷时间, 避免因时间太长, 使截面剂成为隔离剂。绑扎截面加大部分的新增钢筋, 新增钢筋与原有梁钢筋采用短筋连接。新增钢筋与原有钢筋应进行除锈处理。采用植筋方式将纵筋锚入基础承台。安装模板浇捣混凝土。该方法新增截面提高承载力的同时, 还使原混凝土柱在新增箍筋的横向约束作用下处于三向应力状态, 从而大幅度的提高柱的承载力。

加固过程中模板与原构件之间空隙较小且分布钢筋, 采用普通混凝土很难实现密实填充, 混凝土质量得不到保证, 因此本工程采用自密实高性能混凝土进行柱加固 (详图6) 。采用增大截面加固偏心受压构件, 其矩形截面正截面承载力按下列公式确定:

3.5 梁加固

二层梁构件梁侧及梁底烧灼损坏严重, 部分梁构件角部混凝土脱落、钢筋外露, 承载力损失幅度较大, 采用扩大截面三面围套式加固。同理先凿除迎火面受损混凝土并表面清理干净后再进行补强。新增箍筋与原板底筋焊接, 考虑箍筋拉力的影响, 对板底筋增加Φ10@200以加强钢筋锚固和抗剪。新增纵筋与原有梁钢筋短筋连接 (详图7) 。该方法对原截面进行围套, 新增纵筋及箍筋, 使其抗弯、抗剪和抗压性能恢复到原设计水平, 其抗弯、抗剪承载力按下列公式确定:

3.6 板加固

二层板损伤最为严重, 损伤状态评为Ⅳ级的板构件其表面混凝土大面积脱落, 钢筋裸露, 部分钢筋已锈蚀, 基本已无再利用价值, 综合考虑加固效果及经济性, 采用拆除重做处理方法。将混凝土小心拆除, 保留其钢筋及支座钢筋, 剔除保留钢筋表面混凝土使用钢丝刷除钢筋锈痕、杂质, 用丙酮擦拭干净, 并进行矫直处理。安装模板重新浇筑C30细石混凝土恢复至原板厚。为满足设计要求, 板底和板面均增加8@200, 此方法恢复至原设计要求并节省了材料。

对损伤状态评为Ⅲ级级的二层板构件凿除构件中烧伤酥松混凝土, 用无油压缩空气吹除粉粒, 用清水冲洗干净并干燥, 板底新增8@200受力钢筋, 喷抹35mm厚高强聚合砂浆 (详图8) 。

本工程通过以上方法进行加固后, 既保证了结构承载力恢复至火灾前水平, 又缩短恢复使用的时间满足了业主继续使用的要求, 取得了较好的经济效益和社会效益。

4 结语

火灾后建筑结构损伤具有随机性和非线性的特点, 修复加固要比普通工程加固处理复杂得多。火灾损伤后现场资料收集、分析并建立技术档案、正确的选择加固方案是进行有效修复补强的先决条件, 施工期间保证结构的安全性及稳定性是加固设计应关注的焦点。

摘要：本文通过某框架结构火灾后检测鉴定进行加固设计实例, 介绍了钢筋混凝土结构火灾后根据火灾损害情况对建筑结构进行加固和修复的方法。

关键词：火灾,加固设计

参考文献

[1]中冶建筑研究总院有限公司.CECS 252:2009火灾后建筑结构鉴定标准[S].北京:中国计划出版社, 2009.