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    大型煉鋼廠房格構柱及吊車梁優化設計要點
    發布者:不銹鋼管廠(www.wuhansk.cn) 發布時間:2019/12/9 閱讀:742

     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,大型廠房柱通常采用H型鋼格構柱的形式,此構件的板厚一般需要50mm甚至更厚。而當鋼板厚度超過40mm時,一方面,對構件加工要求提高,工程質量的控制難度加大;另一方面,厚鋼板需要提前預定,其交貨日期和價格不受控制,對工期和成本均有影響。鋼管混凝土柱既可避免構件板厚過大的問題,又能更好地發揮混凝土與鋼材材料各自的特點,是大型煉鋼廠房柱具有競爭力的結構形式。

       以某大型煉鋼廠主廠房(排架結構)為例,在柱距、屋架、上柱等結構方案和荷載均相同的情況下,對下柱采用“H型鋼格構柱”和“四肢鋼管混凝土格構柱”兩種方案的技術、經濟指標進行對比。主廠房主要設計參數見表,布置如圖所示。通過計算,單榀排架技術指標對比結果見表。由表可看出,一方面,相較于H型鋼格構柱體系,采用鋼管混凝土格構柱的單榀框架周期減小0.18s,軌頂標高及柱頂標高側移減小約19%,具有更好的動力性能,技術指標更能滿足廠房的使用要求;另一方面,在原雙肢H型鋼格構柱的基礎上用鋼量減少了27%,具有更好的經濟性。

      不同于H型鋼格構柱通常采用的外露式柱腳,鋼管混凝土格構柱通常采用插入式柱腳。兩者都是剛性柱腳,但插入式柱腳構造相對簡單,且用鋼量更低。柱腳的設計建議: 根據GB 50011—2010《建筑抗震規范》9.2.16條規定,在滿足設計強度的前提下,插入深度不小于柱肢高度的2.5倍,不小于柱總寬度的1/2。對于風壓較大地區,或吊車水平力和最小輪壓的不利組合,邊柱的柱肢拉力和中柱的柱肢壓力均較大,還需要進行抗拔和抗壓驗算。

       由于煉鋼廠房吊車噸位較大,則下柱的受力較大,計算時,不僅需要查看綴條計算結果是否超限,還應該手工復核節點連接處焊縫的強度是否滿足要求(計算根據GB 50017—2003《鋼結構設計規范》10.3.2條款)。當綴條直徑較小時,可能是連接強度控制設計,因此需要加大綴條直徑或增加焊腳尺寸,從而增加連接強度。關于綴條的設計建議如下: X軸方向的水平綴條,盡量采用H型鋼,以便更好地發揮強軸的抗彎作用,在截面積相同(用鋼量相同)的情況下,盡量選用直徑大而壁厚薄的鋼管,這樣構造的焊縫較長,更能滿足設計要求;同時,也可以降低焊縫的高度,降低施工難度。

       對于鋼管混凝土格構柱這種復雜肩梁,簡化計算具有很大的局限性。根據文獻計算結果可知:若認為肩梁抗彎時上下翼緣全截面有效,求得的彎曲正應力可能偏小30%左右,導致不安全的結果。根據試驗結果提出了“有效截面法”,采用該方法與文獻的結果進行對比分析,上下翼緣的手算結果和有限元分析結果相差不到2%。

      綜上所述,對鋼管混凝土柱肩梁給出如下設計建議: 上柱荷載不大的情況,建議采用“構造簡單、施工方便”的單臂式肩梁。肩梁的計算方法,若采用“全截面參與工作”的計算方法可能導致不安全(此時上翼緣應力指標應留有余地或適當加強),《鋼結構設計手冊》采用的“不考慮上下翼緣作用”的方法,難免造成浪費。建議采用文獻給出的“有效截面法”進行驗算。當吊車梁為平板式支座時,肩梁的建議做法為加寬X方向(平面外)柱肢的高度,此時肩梁節點做法和雙肢H型鋼格構柱的做法相同。

     
     

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