[发明专利]大跨度特重型钢结构厂房结构及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢结构厂房结构及其设计方法。

背景技术

传统的钢结构厂房结构主要有两种：

第一种：当厂房跨度较小，吊车为轻型吊车(Q≤5t)时，可采用门式刚架的设计方法，横梁 与钢柱顶采用刚接。

第二种：当厂房跨度较大(跨度≥30米)，或吊车为重型吊车(75t≥Q＞5t)时，可采 用铰接排架的设计方法，即横梁采用钢屋架，钢屋架与钢柱顶采用铰接。

随着计算机应用程序的发展和普及，上述两种厂房均可用计算机程序来计算和设计，这 大大提高了设计效率和质量。

但随着工艺技术的不断提高，吊车的应用越来越先进和多样化，许多多功能天车应运而 生，吊车的起重量越来越大，大跨度(跨度≥30米)、特重型厂房(Q＞75t)的计算越来越多 。这种厂房的设计，如采用门型刚架方案，横梁会非常大；而采用铰接钢屋架方案，钢柱会 非常大。以上两种方案都不合理。这种厂房的传统方案是采用铰接排架方案，即横梁采用梯 形钢屋架，柱子采用钢筋混凝土柱，屋架与柱顶为铰接。这种厂房的设计属于钢筋混凝土结 构形式，柱子肥大，施工周期长。不属于钢结构形式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种大跨度特重型钢结构厂房结构及其设计方法，以 克服现有技术存在的结构不合理、设计效率低等不足。

本发明采用的技术方案是：采用横梁为无限刚度的刚接框架结构形式。横梁与框架柱刚 性连接，横梁采用梯形钢屋架，框架柱采用分离式的钢制柱子，即框架柱由屋盖肢和吊车肢 组成，屋盖肢为刚接框架结构。其中吊车肢直接承受吊车的竖向荷载。

大跨度、特重型钢结构厂房结构设计方法包括以下过程：

第一，进行框架柱、吊车肢及钢屋架的结构设计，包括屋面荷载、风荷载及吊车水平和 竖向荷载计算；

第二，屋盖肢结构设计，包括内力计算，对于钢屋架与框架柱刚接的情况，因为目前计 算机无法直接进行计算，故采用以下步骤进行：

1)根据构造要求设计杆件的截面尺寸、屋架的几何尺寸，并计算屋架的折算惯性矩， 将屋架换算成横梁；

2)根据换算后的横梁作框架计算简图，并用计算机进行框架设计计算；

3)将框架计算中框架柱顶部产生的端弯矩和水平力传至屋架上，端弯矩用一组偶力 H＝M/h来代替，水平力则认为直接由下弦杆承担；式子H＝M/h中H表示偶力，M表示端弯矩，h 表示屋架高度。

4)屋架设计，按铰接桁架结构设计，采用计算机进行计算，并增加框架所传来的端弯 矩和水平力，所得内力为刚接屋架的最不利内力；

第三，厂房横向结构及刚度设计，按一台最大吊车横向水平荷载标准值作用在跨间两 侧吊车梁上翼缘水平面进行确定。

钢结构框架的计算，采用试算法，即首先假定屋架和各部分截面尺寸及惯性矩，然后根 据计算得到的内力来选取截面，如若各部分选取的截面惯性矩比值与假定的惯性矩比值相差 30％以上时，则需重新计算，直至结果满意为止。

本发明的优点是：①满足了生产工艺的要求；②满足了结构要求；③经济合理，美观大 方；④计算准确，快速。

附图说明

图1为本发明的厂房结构示意图。

图2为本发明的框架包含框架梁及柱的计算简图、示意图。

图3为本发明的屋架计算简图、示意图。

具体实施方式

本发明的实施例：改进传统大跨度、特重型厂房结构，横梁1为梯形钢屋架，采用无限 刚度的刚接框架形式，框架柱2采用分离式的钢制柱子结构，在框架柱2上连接吊车肢3。屋 盖肢为刚接框架结构，并直接与梯形钢屋架进行刚性连接，即采用焊接连接结构。基于此种 结构，结合现有的计算机软件，可以得到一种能够解决大跨度、特重型钢结构厂房的设计方 法，其计算要点及步骤为：

第一，进行框架柱2、吊车肢3及横梁1结构设计，正确进行荷载计算，包括屋面荷载、 风荷载及吊车水平和竖向荷载计算。对于吊车荷载来说，它的水平荷载由屋盖肢承受，而竖 向荷载则传至吊车肢上。

第二，屋盖肢结构设计，包括内力计算。如今刚接框架的计算已可由计算机来完成，但 计算机只能计算横杆是实腹式梁这种情况，空腹式屋架设计不能一次完成。故当屋架与框架 柱刚接时，我们采用以下几个步骤进行：