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大型煉鋼廠房格構柱及吊車梁優化設計要點
发布者:不鏽鋼管厂(www.pmmianshi.com) 发布时间:2019/12/9 阅读:1647

 主廠房的柱和吊車梁在大型煉鋼廠房中占有較大比重 ,其合理設計對廠房的安全性和經濟性至關重要。分別對相同吊車荷載作用下 ,不同結構形式廠房柱及不同強度、跨度吊車梁的經濟、技術等指標進行對比分析。結果表明:在大型煉鋼廠房中采用多肢鋼管混凝土格構柱既可滿足結構安全的需要 ,又可降低成本、縮短工期;對吊車梁而言 ,當跨度在27m及以下時 ,采用Q345鋼材比較經濟 ,而當跨度增大時 ,采用Q390鋼材經濟效益更加顯著。在大型煉鋼廠房中 ,主廠房的用鋼量非常大 ,常以萬噸計。而廠房柱及吊車梁又是主廠房中最主要的構件 ,對其進行優化設計可以降低成本、縮短工期 ,具有顯著的經濟效益。

  目前 ,大型厂房柱通常采用H型钢格构柱的形式 ,此构件的板厚一般需要50mm甚至更厚。而当钢板厚度超过40mm时 ,一方面 ,对构件加工要求提高 ,工程质量的控制难度加大;另一方面 ,厚钢板需要提前预定 ,其交货日期和价格不受控制 ,对工期和成本均有影响。钢管混凝土柱既可避免构件板厚过大的问题 ,又能更好地发挥混凝土与钢材材料各自的特点 ,是大型炼钢厂房柱具有竞争力的结构形式。

   以某大型炼钢厂主厂房(排架结构)为例 ,在柱距、屋架、上柱等结构方案和荷载均相同的情况下 ,对下柱采用“H型钢格构柱”和“四肢钢管混凝土格构柱”两种方案的技术、经济指标进行对比。主厂房主要设计参数见表 ,布置如图所示。通过计算 ,单榀排架技术指标对比结果见表。由表可看出 ,一方面 ,相较于H型钢格构柱体系 ,采用钢管混凝土格构柱的单榀框架周期减小0.18s ,轨顶标高及柱顶标高侧移减小约19% ,具有更好的动力性能 ,技术指标更能满足厂房的使用要求;另一方面 ,在原双肢H型钢格构柱的基础上用钢量减少了27% ,具有更好的经济性。

  不同于H型钢格构柱通常采用的外露式柱脚 ,钢管混凝土格构柱通常采用插入式柱脚。两者都是刚性柱脚 ,但插入式柱脚构造相对简单 ,且用钢量更低。柱脚的设计建议: 根据GB 50011—2010《建筑抗震规范》9.2.16条规定 ,在满足设计强度的前提下 ,插入深度不小于柱肢高度的2.5倍 ,不小于柱总宽度的1/2。对于风压较大地区 ,或吊车水平力和最小轮压的不利组合 ,边柱的柱肢拉力和中柱的柱肢压力均较大 ,还需要进行抗拔和抗压验算。

   由于炼钢厂房吊车吨位较大 ,则下柱的受力较大 ,计算时 ,不仅需要查看缀条计算结果是否超限 ,还应该手工复核节点连接处焊缝的强度是否满足要求(计算根据GB 50017—2003《钢结构设计规范》10.3.2条款)。当缀条直径较小时 ,可能是连接强度控制设计 ,因此需要加大缀条直径或增加焊脚尺寸 ,从而增加连接强度。关于缀条的设计建议如下: X轴方向的水平缀条 ,尽量采用H型钢 ,以便更好地发挥强轴的抗弯作用 ,在截面积相同(用钢量相同)的情况下 ,尽量选用直径大而壁厚薄的钢管 ,这样构造的焊缝较长 ,更能满足设计要求;同时 ,也可以降低焊缝的高度 ,降低施工难度。

   对于钢管混凝土格构柱这种复杂肩梁 ,简化计算具有很大的局限性。根据文献计算结果可知:若认为肩梁抗弯时上下翼缘全截面有效 ,求得的弯曲正应力可能偏小30%左右 ,导致不安全的结果。根据试验结果提出了“有效截面法” ,采用该方法与文献的结果进行对比分析 ,上下翼缘的手算结果和有限元分析结果相差不到2%。

  综上所述 ,对钢管混凝土柱肩梁给出如下设计建议: 上柱荷载不大的情况 ,建议采用“构造简单、施工方便”的单臂式肩梁。肩梁的计算方法 ,若采用“全截面参与工作”的计算方法可能导致不安全(此时上翼缘应力指标应留有余地或适当加强) ,《钢结构设计手册》采用的“不考虑上下翼缘作用”的方法 ,难免造成浪费。建议采用文献给出的“有效截面法”进行验算。当吊车梁为平板式支座时 ,肩梁的建议做法为加宽X方向(平面外)柱肢的高度 ,此时肩梁节点做法和双肢H型钢格构柱的做法相同。

 
 

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