双层吊车钢结构厂房柱子系统研究.pdf

1 0 4 铁道勘察 2 0 1 4年第 3期 文章编号 1 6 7 27 4 7 9 2 0 1 4 0 3 0 1 0 4 0 3 双层 吊车钢结构 厂房柱子 系统研究 熊学／炜 、 l’ 中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉4 3 0 0 6 3 Re s e a r c h o n t h e Pi l l a r S y s t e m o f Do ub l e - d e c k Cr a n e S t e e l S t r uc t u r e Fa c t o r y Bu i l d i n g XI ONG XH e we i 摘 要从柱截面形式、 柱构造分析等方面对双层 吊车钢结构厂房柱子 系统进行全 面研究。此类 钢结构厂房适合采用格构柱、 实腹钢梁和钢桁架屋盖排架结构。重点利用 a n s y s有限元进行肩 梁节点 分析， 柱肩梁采用适 当的加劲肋可以较好传递大吨位 吊车荷载 ， 有效 实现强节点、 弱杆件设计原则。 关键词 双层 吊车钢结构 柱子 系统肩梁 中图分类号 T U 3 9 1 文献标识码 A 随着国内加工制造业 的不断发展 ， 促使 厂房朝着 大跨度 、 大柱距 、 大吨位 吊车的方向发展 H 。以某检 修基地解体组装库为例 ， 对 双层 吊车钢结构厂房柱子 系统进行全面研究。 1 概况 该检修基地大库由车体解体库 、 零部件清洗车间、 车体组装库 、 零部件检修车间三大区域组成 ， 其中车体 组装库设 5道组装线 ， 线 间距 1 2 m， 根据工艺流程的 需要 ， 组装库需要在高程 1 4 ． 1 0 0 m 和1 0 ． 2 0 0 m均 设置 吊车 ， 吊车信息见表 1 ， 该库为双层 吊车厂房。车 体组装库结构轴线尺寸 2 7 0 ． 1 mx 2 4 m 2 7 m ， 檐 口 高程 2 0 m， 屋顶高程 2 0 ． 8 5 m， 柱距 9 ． 0 m。结构采用 钢结构框排架 ， 格构 柱 ， 梯形屋架 ， 基础采用钻孔灌注 桩基础。组装库剖面见 图 1 。 收稿 日期 2 0 1 40 2 0 4 监测是施工期 间不可或缺 的信息化施工手段之 一 ，要及时 、 准确的反 映施工状况 ， 为安全施工提供可 靠的判断依据。 参考文献 [ 1 ] 中铁第 四勘察设计院． 沪宁城际惠山站地下配套工程施工设计 图 『 R1 ． 湖北武汉 中铁第 四勘察设计院 ， 2 叭O 设计基本条件 主体结构使用年限为 5 0年， 恒荷 载 0 ． 4 k N ／ m ， 活荷载 0 ． 5 k N ／ m ， 基本风压 0 ． 5 5 k N ／ m ， 基本雪压 0 ． 2 k N ／ m 。场地地震效应 抗震设防烈 度为 7度 ， 设计基本地震加速度值 0 ． 1 g ， 设计地震分 组为第一组 ， 设计特征周期 0 ． 9 S 。 表 1 吊车数据 吊车轨顶 吊高／ m 额定荷载／ t跨 度／ m 工作 级别 最大动轮压／ k N 1 4． 1 0 0 7 5 ／ 2 O 2 5 ． 5 A5 3 1 9 1 O． 2 0 o 1 0 2 4 ． 5 A5 1 4 9 2柱截面比较 钢结构厂房下柱截面承受荷载较大时， 宜采用格 构柱。上柱一般为实腹柱 ， 所需要截面高度较大时也 可采用格构柱 ， 该双层 吊车厂房柱 高均不超过 3 6 m， 因此上柱采用实腹柱 即可 。 本工程 中， 边柱采用角钢 焊接 H形钢格构柱 ， 角 钢承受厂房风荷载 、 由上柱传来 的屋盖荷载和 吊车水 [ 2 ] 上海同济启明星科技发展有限公 司． 启明星设计软件 [ R] ． 上海 上海同济启明星科技发展有限公 司， 2 0 1 0 [ 3 ] 南京南大岩土工程技术有限公 司． 沪宁城 际惠山站地 下配套工程 监测数据 [ R] ． 江苏无锡 南 大岩土工程技术有 限公 司 ， 2 0 1 0 [ 4] 吴志坚． 新建隧道 密贴下 穿既有 地铁 车站风 险控制 [ J ] ． 铁 道勘 察 。 2 0 1 3 1 双层 吊车钢结构厂房柱子系统研究 熊学炜 1 05 、、 I、I＼I＼l I／ 1 ／ 、 ＼ J ＼ I ＼I ＼I N、 ＼ J ＼I ＼I i／ ／ 】 50 0 2 2 500 2 5 50 0 5 0o 3 5 0 2 l 4 5 O 0 1 5 13、 3 5 0 2 44 5 0 3 5 0 ’ I 、 一旺 卫 匝 - ≥ ／ 、 一 ≥ ／ 、 ． 2 40 0 0 2 7 0 o 0 5l O o 0 图 1 车体组装库剖面 单位 m 平荷载 ， 焊接 H形钢承受吊车的竖 向荷载。中列柱采 用焊接 H形钢 焊接 H形钢格构柱 ， 可 以根 据两边 吊 车不同吨位选择不同的焊接 H形钢。通过计算， 边柱 截面宽度为 1 6 5 0 m m 7 0 0 m m， 中柱截面宽度为 2 3 5 0 m m 6 0 0 m m， 见 图 2和图 3 。角钢和焊接 H形钢 的钢材强度均能够得到充分利用。 图 2 边柱截面 单位 mm 图3 中柱截面 单位 mm 格构柱用较少的钢材达到较 大的截面惯性矩 ， 以 该双层吊车厂房中柱为例， 其截面特性 A41 4 c m ， 2 7 0 6 9 7 c m ， 8 31 6 5 9 9 e m 若采用实腹柱 ， 其截面特性 A8 41 c m ， 21 3 4 5 2 c m ， I r8 3 31 75 2 c m 实腹柱钢材多出近 1 0 0 ％ 仅柱截面 ， 格构柱可 以大幅度降低用钢量， 而且吊车吨位越大， 厂房跨度越 大 ， 这种经济性就越 明显。 3柱构造分析 一 般的轻型厂房仅设置牛腿支撑 吊车梁 ， 牛腿按 照悬臂构件计算 。中、 重型厂房的吊车荷载较大 ， 悬挑 牛腿不能满足受力的要求， 只能设置肩梁。实腹柱的 肩梁可不计算 ， 按构造确定腹板厚度 ， 格构柱肩梁可近 似按简支梁计算 。 组装库厂房上层 吊车吨位大 ， 必须采用肩梁构造 ， 而下层 吊车一般不超过 2 0 t ， 可采用悬挑 牛腿支撑 吊 车梁。 4中柱肩梁节点分析 4 ． 1 有 限元模 型 格构柱系统中， 肩梁用来传递上柱的内力， 并兼做 吊车梁支座。因此 ， 肩梁节 点部位所受荷载最大且最 复杂。在结构设计中， 要求“ 强节点， 弱杆件” ， 所以肩 梁节点的安全性关系到吊车的工作状况， 乃至整个厂 房能否实现设计荷载作用下的使用功能， 必须保证格 构柱在设计荷载下满足设计承载力 的要求。 对组装库双层 吊车厂房 中柱 焊接 H形钢 焊接 H形钢 节点进行分析 。肩梁节点划分 网格之后的有 限元计算模型如 图 4 。模 型中， 上柱和 吊车肢长度取 为杆件截面高度， 以减小端部加载对节点域的影响。 图4 肩梁节点有限元计算模型 4 ． 2 节点荷载 肩梁节点荷载分两种工况， 即吊车运行方向相反 所引起纵向水平荷载方向相反， 具体数值见表 2和