【正文】 鞍鋼無(wú)縫鋼管廠管坯車間廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1　緒論在冶金，造船，機(jī)械制造等行業(yè)，有許多重型廠房，它們顯著的特點(diǎn)是跨度大，高度大，噸位大。例如冶金工業(yè)的轉(zhuǎn)爐車間，裝配三個(gè)容積400m179。的轉(zhuǎn)爐時(shí)，其跨度可達(dá)30m，多層部分的高度可達(dá)80m，整個(gè)廠房占地面積達(dá)30000㎡，吊車的起重量可達(dá)450t。在機(jī)械制造行業(yè)，有高度60m，吊車起重量高達(dá)1200t的重型廠房。綜合分析可靠性，耐久性和經(jīng)濟(jì)性表明，這種重型工業(yè)廠房最適宜采用全鋼結(jié)構(gòu)建造。隨著我國(guó)鋼產(chǎn)量的增加，一些中型廠房也會(huì)采用全鋼或鋼屋蓋結(jié)構(gòu)。下面談?wù)勪摻Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用以及鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。 前言 鋼結(jié)構(gòu)和其它材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)重量輕　鋼結(jié)構(gòu)的容重雖然較大，但與其它建筑材料相比，它的強(qiáng)度卻高很多，因而當(dāng)承受的荷載和條件相同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)要比其它結(jié)構(gòu)輕，便于運(yùn)輸和安裝，并可跨越更大的跨度。鋼材的塑性和韌性好　塑性好，使鋼結(jié)構(gòu)一般不會(huì)因?yàn)榕既怀d或局部超載而突然斷裂破壞。韌性好，則使鋼結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力荷載的適應(yīng)性較強(qiáng)。鋼材的這些性能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠提供了充分的保證。鋼材更接近于勻質(zhì)和各向同性體　鋼材的內(nèi)部組織比較均勻，非常接近勻質(zhì)和各向同性體，在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。這些性能和力學(xué)計(jì)算中的假定比較符合，所以鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果較符合實(shí)際的受力情況。鋼結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)便，易于采用工業(yè)化生產(chǎn)，施工安裝周期短　鋼結(jié)構(gòu)由各種型材組成，制作簡(jiǎn)便。大量的鋼結(jié)構(gòu)都在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)制造廠中制造；精確度高。制成的構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝，采用螺栓連接，且結(jié)構(gòu)輕，故施工方便，施工周期短。此外，已建成的鋼結(jié)構(gòu)也易于拆卸、加固或改造。鋼結(jié)構(gòu)的密封性好鋼結(jié)構(gòu)的氣密性和水密性較好。鋼結(jié)構(gòu)也有下述缺點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)的耐熱性好，但防火性能差　鋼材耐熱而不耐高溫。隨著溫度的升高，強(qiáng)度就降低。當(dāng)周圍存在著輻射熱，溫度在150度以上時(shí)，就應(yīng)采取遮擋措施。如果一旦發(fā)生火災(zāi)，結(jié)構(gòu)溫度達(dá)到500度以上時(shí)，就可能全部瞬時(shí)崩潰。為了提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火等級(jí)，通常都用混凝土或磚把它包裹起來(lái)。鋼材易于銹蝕，應(yīng)采取防護(hù)措施　鋼材在潮濕環(huán)境中，特別是處于有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中容易銹蝕，必須刷涂料或鍍鋅，而且在使用期間還應(yīng)定期維護(hù)鋼結(jié)構(gòu)在溫度低和其他條件下，可能發(fā)生脆性斷裂隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)正在被逐漸克服或有所改進(jìn)。如針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)易腐蝕的特點(diǎn)，在剛才冶煉中可加入適量的磷、銅、銘和鎳，形成耐腐蝕的合金鋼，能在表面上形成致密的防銹層，起到隔離覆蓋的作用或?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)外漏部分加涂（刷）防銹漆。耐火性能差 ,近年防火涂料的應(yīng)用已經(jīng)有了很大的改善。鋼結(jié)構(gòu)由于具有強(qiáng)度高、自重輕、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，故一直是人們喜愛(ài)采用的一種結(jié)構(gòu)，近百年來(lái)得到了快速的發(fā)展。尤其是在20世紀(jì)下半葉，隨著世界鋼產(chǎn)量的大幅度增加，鋼結(jié)構(gòu)也相應(yīng)更加擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域。　　在重工業(yè)建筑方面，近年來(lái)，隨著生產(chǎn)水平的高速發(fā)展、生產(chǎn)工藝的不斷革新，廠房更加大型化，柱距、跨度；高度和起重能力都日趨擴(kuò)大，同時(shí)對(duì)建廠投產(chǎn)工期卻要求盡可能縮短，這些都促使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)揮其特點(diǎn)，繼續(xù)保持并擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域?！　≡跇?gòu)筑物方面，除傳統(tǒng)的冶金爐體、石油化學(xué)工業(yè)的塔架罐體、電廠鍋爐剛架、輸電鐵塔、水工閘門、棧橋通廊、貯倉(cāng)漏斗、起重機(jī)架、輸油管道等仍為鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域外，在新開(kāi)發(fā)的構(gòu)筑物中，如近海石油平臺(tái)、無(wú)線電塔桅、衛(wèi)星和導(dǎo)彈發(fā)射架等，現(xiàn)在也都是鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的專屬領(lǐng)域?！　≡跇蛄悍矫妫m然公路橋梁可用混凝土結(jié)構(gòu)，但大型鐵路橋梁和公路鐵路兩用橋梁仍是鋼結(jié)構(gòu)的專屬領(lǐng)域?！　≡诠埠兔裼媒ㄖ矫妫S著城市經(jīng)濟(jì)和人民物質(zhì)文化水平的提高，各種大跨度的體育和展覽館建筑，以及高層和超高層的商業(yè)和旅游業(yè)建筑的大量涌現(xiàn)，也促使鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)拓其應(yīng)用領(lǐng)域?！　∩鲜龅匿摻Y(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域主要還是在大(跨度)、高(聳)、重(型)、動(dòng)(力荷載)結(jié)構(gòu)范圍。但是，隨著輕型鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展(冷彎型鋼、壓型鋼板等)，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到小型民用房屋，如住宅、餐廳、旅游、科學(xué)考察和建筑工地活動(dòng)房屋等房屋建筑中?！　×硗?，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域——鋼貨架結(jié)構(gòu)——近年來(lái)也已在國(guó)內(nèi)外悄然興起。它是一種立體結(jié)構(gòu)，可提高倉(cāng)儲(chǔ)密度，節(jié)約建筑面積，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，降低倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)用，提高效率，加快貨物及資金的周轉(zhuǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。我國(guó)已在第二汽車制造廠和各地倉(cāng)庫(kù)、超市建造了一大批這樣的鋼貨架?！′摻Y(jié)構(gòu)的發(fā)展 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，從所用材料看，先是鑄鐵，后是鋼，最近是鋁合金，所以有人主張改稱為金屬結(jié)構(gòu)。從鋼結(jié)構(gòu)連接方式的發(fā)展看，在生鐵和熟鐵時(shí)代是銷釘連接，19世紀(jì)初采用鉚釘連接，20世紀(jì)初有了焊接，最近則發(fā)展了高強(qiáng)度螺栓連接。從結(jié)構(gòu)的形式看，先是橋梁、塔，后是工業(yè)及民用房屋和水工結(jié)構(gòu)，以及板結(jié)構(gòu)如高爐、儲(chǔ)夜庫(kù)、儲(chǔ)氣庫(kù)等。鋼結(jié)構(gòu)的廠房主要是指主要的承重構(gòu)件是由鋼材組成的。包括鋼柱子，鋼梁，鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，鋼屋架（用于廠房的跨度比較大，但是基本現(xiàn)在都是鋼結(jié)構(gòu)屋架了），鋼屋蓋，在鋼結(jié)構(gòu)的廠房中鋼結(jié)構(gòu)的墻可以采用壓型鋼板，也可以采用磚墻維護(hù)。 由于我國(guó)的鋼產(chǎn)量增大，很多都開(kāi)始采用鋼結(jié)構(gòu)廠房了，具體還可以分輕型和重型鋼結(jié)構(gòu)廠房?？紤]到這種大的發(fā)展趨勢(shì)，本設(shè)計(jì)將中型廠房設(shè)計(jì)成全鋼結(jié)構(gòu)的廠房。這樣既經(jīng)濟(jì)節(jié)約又符合鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，也是我們?cè)O(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。 工程概況 生產(chǎn)概況擬建廠房為單層中型鋼結(jié)構(gòu)廠房，平面呈矩形，長(zhǎng)為84m，形式為雙跨等高廠房，柱距6m，跨度分別為24m。本車間主要任務(wù)是堆放鋼材坯料及運(yùn)輸，由于本廠產(chǎn)品種類繁多，規(guī)格不一，故本車間產(chǎn)品流動(dòng)性大，作業(yè)頻繁，為輔助生產(chǎn)的中型廠房。 建廠地點(diǎn)及氣象、水文、地質(zhì)情況廠區(qū)位于鞍山市郊。施工條件：場(chǎng)地平整，無(wú)障礙物，無(wú)相鄰高大建筑，周圍道路、水、電線路均可供施工用。冬季室外計(jì)算溫度：－15℃，絕對(duì)最低溫度：―26℃，絕對(duì)最高溫度：39℃全年雨季：8～9月，最大降雨量：100mm/小時(shí)　　　 　 最大風(fēng)速：， 年平均風(fēng)速： 主導(dǎo)風(fēng)向：夏季為南風(fēng)，冬季為北偏西， 基本風(fēng)壓：基本雪壓：， 最大積雪深度：70cm最高地下水位：－， 最低地下水位：－土壤凍結(jié)深度： 抗震設(shè)防烈度：7度設(shè)計(jì)基本地震加速度：， 設(shè)計(jì)地震分組：第一組工程地質(zhì)條件：地表至—，呈中密－密實(shí)狀態(tài)；—，地基承載力特征值160kＮ/m2，土層較厚，最薄處為12m。吊車資料：吊車起重量Q＝32T，共1臺(tái)，廠房跨度24m，工作制度A5級(jí)，，車寬6744㎜，軌頂至車頂高度為2477㎜，吊車軌道距吊車邊緣的距離260㎜，小車重11600㎏，總重42800㎏，最大輪壓300,薦用軌道QU70。吊車起重量Q＝10T，共2臺(tái)，廠房跨度24m，工作制度A5級(jí)，，車寬5934㎜，軌頂至車頂高度為1876㎜，吊車軌道距吊車邊緣的距離230㎜，小車重3562㎏，總重23500㎏，最大輪壓132,薦用軌道43kg/m。 工藝平面圖管坯長(zhǎng)料場(chǎng)：用以堆放新軋制成的長(zhǎng)規(guī)格無(wú)縫鋼管管坯。管坯切割部：對(duì)鋼材坯料進(jìn)行切割成所需規(guī)格。磨修部：磨修部清理坯料表面上的干砂，鏟除管坯上的毛刺和飛邊等，并對(duì)坯料進(jìn)行矯正、修補(bǔ)、退火等工序。定尺料場(chǎng)：對(duì)坯料進(jìn)行固定和包裝。成品堆放場(chǎng)：準(zhǔn)備運(yùn)輸出廠、發(fā)貨。工藝流程：表面清理檢查修補(bǔ)包裝運(yùn)輸發(fā)送切割加工2　建筑設(shè)計(jì)　平面設(shè)計(jì)　確定廠房柱距、跨度及定位軸線與編號(hào)柱網(wǎng)確定：跨度和柱距的確定要滿足設(shè)備的大小和布置方式，材料和加工件的運(yùn)輸，產(chǎn)生操作和維修等生產(chǎn)工藝所需的空間要求。柱網(wǎng)確定還需滿足結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)要求，跨度和柱距的選擇應(yīng)使平面的利用和結(jié)構(gòu)方案達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理。除上述要求之外，還需符合模數(shù)的要求，根據(jù)工藝要求跨度定為24m，跨度24m18m時(shí)，柱距滿足6M的模數(shù)要求，柱距采用6m。山墻抗風(fēng)柱根據(jù)所選屋架節(jié)點(diǎn)確定，采用15M數(shù)列，本設(shè)計(jì)采用6m間距。劃分定位軸線及編號(hào)： 根據(jù)《廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)》確定縱橫向定位軸線與墻柱的關(guān)系，確定定位軸線的編號(hào)。本設(shè)計(jì)為雙跨等高廠房，兩跨均為24m，共48m。縱向?yàn)?4m（146m柱距）。橫向兩跨到，縱向軸線從到，定位軸線詳見(jiàn)平面圖。（注：因?yàn)樯綁?nèi)側(cè)設(shè)有抗風(fēng)柱，在柱布置時(shí)，兩側(cè)的柱中心線是將橫向定位軸線分別內(nèi)移600m）　變形縫的設(shè)置 由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》查得, 柱頂為剛接時(shí)，橫向溫度區(qū)段長(zhǎng)度大于220m廠房平面尺寸很大時(shí)，為避免產(chǎn)生過(guò)大的溫度應(yīng)力，應(yīng)在廠房的橫向和縱向設(shè)置溫度伸縮縫，本設(shè)計(jì)廠房的縱向長(zhǎng)度為84m220m無(wú)需設(shè)置。廠房縱橫跨度結(jié)合處因兩側(cè)荷載與吊車運(yùn)行方向不一樣時(shí)，應(yīng)設(shè)沉降縫，本設(shè)計(jì)廠房符合要求無(wú)需設(shè)沉降縫。對(duì)于抗震設(shè)防烈度在7度以上的地區(qū)的廠房需設(shè)置抗震縫。本設(shè)計(jì)廠房的抗震設(shè)防烈度為7度，也無(wú)需設(shè)置抗震縫。故本設(shè)計(jì)不考慮設(shè)置變形縫?！〔贾瞄T、窗、通道確定尺寸及門窗編號(hào)門的設(shè)置：由于縱向長(zhǎng)度為84m較長(zhǎng)，在其30~40m處設(shè)置安全疏散門，共設(shè)置兩個(gè)洞口尺寸15002100，選用雙扇平開(kāi)門，編號(hào)為M1。由于工藝圖中顯示有火車運(yùn)輸軌道，因此在軌道兩側(cè)應(yīng)設(shè)置火車通道，洞口尺寸42005100，選用卷簾門，編號(hào)為M2。考慮原材料與成品運(yùn)輸及疏散人群在廠房?jī)蓚?cè)設(shè)置運(yùn)輸、疏散通道，共設(shè)置3個(gè)洞口尺寸39004200，選用卷簾門，編號(hào)為M3。窗的設(shè)置：本設(shè)計(jì)所需采光等級(jí)為IV級(jí)，采光窗地比側(cè)窗為1/6。則：室內(nèi)地面面積=4884=4032m2 。窗洞口面積=1/684=672m2 。由于窗洞口面積較大，采取雙側(cè)采光與采光帶相結(jié)合的采光方式。低側(cè)窗：，采用30002100，選用推拉塑鋼窗，共37個(gè)，窗洞口面積：（11+14+12）=高側(cè)窗：，采用鋁合金塑鋼窗采光帶，窗洞口面積：（81+42）2=369m2采光帶：采用玻璃鋼壓型采光帶兩側(cè)布置：窗洞口面積：812=總窗洞口面積：+369+=672m2 滿足室內(nèi)通道設(shè)計(jì)：通道的設(shè)置與工段劃分相結(jié)合，且與大門相通，不能切斷生產(chǎn)。有利于生產(chǎn)和廠房面積的充分利用。火車通道就是考慮上述要點(diǎn)設(shè)計(jì)的。吊車梯及消防梯吊車梯設(shè)在廠房第二個(gè)柱距內(nèi)。消防梯沿廠房周邊每200m長(zhǎng)度設(shè)置一個(gè)，本設(shè)計(jì)廠房縱向長(zhǎng)84m200m，只需設(shè)置一個(gè)即可，設(shè)置在正立面的左端部。　屋面排水設(shè)計(jì)屋面排水方式采用有組織排水，排水坡度取1/10，落水管采用直徑100的PVC管?！×⒚嬖O(shè)計(jì)采用豎向波形壓型鋼板外墻及塑鋼窗，形成水平線條的立面效果，改變廠房長(zhǎng)度和高度尺度的扁平視覺(jué)效果，這樣更加美觀?！∑拭嬖O(shè)計(jì)單層廠房的剖面設(shè)計(jì)是在平面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，主要任務(wù)是在滿足生產(chǎn)工藝的前提下，經(jīng)濟(jì)合理的確定廠房的高度及有效利用和節(jié)約空間；妥善的處理廠房的天然采光、自然通風(fēng)及屋面排水；合理地選擇維護(hù)結(jié)構(gòu)形式及其構(gòu)造，使廠房具有良好的維護(hù)功能（保溫、隔熱、防水）?！〈_定剖面形式本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)成雙等跨等高廠房，工藝生產(chǎn)中無(wú)大量散熱要求，并且采光滿足不需要設(shè)置天窗?！≈慕孛嫘问胶统叽绲拇_定柱截面形式的確定本設(shè)計(jì)由于吊車起重量及經(jīng)濟(jì)節(jié)省等因素考慮，選擇采用階形柱。邊柱 A軸，上柱為焊接槽鋼與兩塊鋼板組成的實(shí)腹式柱；下柱為焊接槽鋼與焊接工字鋼組成的格構(gòu)式柱。C軸，上柱為焊接工字鋼組成的實(shí)腹式柱；下柱為焊接工字鋼與兩塊鋼板組成的實(shí)腹式柱。 中柱 B軸，上柱為焊接工字鋼組成的實(shí)腹式柱；下柱為兩個(gè)焊接工字形鋼組成的格構(gòu)式柱。柱截面尺寸的確定（1） 柱頂標(biāo)高的確定AB跨 =++ =+++=BC跨 =++=+++=由于本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)成雙跨等高廠房，則柱的全高為13+=① 選擇吊車梁型號(hào)及軌道根據(jù)吊車起重量Q及吊車跨度確定選擇吊車梁：AB跨，Q=32t, =，選用GDL610吊車梁，h=900m, =10mm, =450, =250mm, =16mmBC跨，Q=10t, =，選用GDL65吊車梁，h=600m, =6mm, =350, =240mm, =14mm根據(jù)任務(wù)書(shū)選取軌道：AB跨，Q=32t,軌道 QU70 ,h=120mm ,B=120mm ,b=70mm , =28mmBC跨，Q=10t,軌道43kg/m ,h=140mm ,B=114mm ,b=70mm , =② 確定上柱和下柱的高度邊柱： AB跨， 下柱高 =+= 上柱高 ==BC跨， 下柱高 =+= 上柱高 == 為使中柱左右牛腿高度一致，，在Q=，滿足下柱高度。中柱： ， 。（2） 柱截面尺寸的確定① 邊柱：AB跨：上柱= 截面高度=（~）=(~) 截面寬度=（~）=（~） 下柱= 截面高度=（~）=(~) 截面寬度=（~）=（~） BC跨：上柱 = 截面高度=（~）=(~) 截面寬度=（~）=（~） 下柱 = 截面高度=（~）=(~) 截面寬度=（~）=（~） ② 中柱：考慮框架縱向軸線的合理劃分，以及滿足吊車跨度和吊車橋架外邊緣凈空尺寸的要求，按構(gòu)造選取中柱尺寸。上柱 ，下柱 ， 安全凈空的驗(yàn)算AB跨：邊柱 滿足 中柱 滿足BC跨：邊柱 滿足