冶金厂房墙架设计优化.pdf

问题 研 究 问题研究 第3 l 卷2 0 1 3 年第3 期 总第1 6 5 期 县 8 0告 8 0 gs ％0 8 雷8 8雷8 雷8 s也曾8 05 札、 戡i 冶金厂房墙架设计优化 李双河张金岭刘银萍 鞍钢集团工程技术有限公 司 鞍 山1 1 4 0 2 1 【 摘要】 依据厂房柱距 ， 对厂房的封墙高度、 墙架进行 了合理布置。通过四个“ 一心管二” 的设计， 解决了 传统设计中的中墙架柱、 天沟等构件用钢量偏高的问题， 取得了较好的技术与经济效果。 【 关键词】 墙架设计 单位面积含钢量设计优化 Op t i mi z a t i o n o n De s i g n o f t h e W a l l Fr a me f o r M e t a l l u r g i c a l Pl a n t Bu i l d i n g L I S h u a n g - h e ， Z HANG J i n - l i n g ， L I U Yi n - p i n g A n s t e e l E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， A n s h a n 1 1 4 0 2 1 【 A b s t r a c t 】 A c c o r d i n g t o t h e c o l u m n s p a c i n g o f t h e p l a n t b u i l d i n g ， c o n fi g u r e t h e h e i g h t o f p r o t e c t i o n w a l l a n d ． w a l l f r a me r e a s o n a b l y ．I n t h e t r a d i t i o n a l d e s i g n ，s o me c o mp o n e n t s h a v e h i g h e r a mo u n t o f s t e e l c o n s u mp t i o n ， s u c h a s w all f r a me c o l u mn a n d c u l l i s ． T h i s p r o b l e m c a n b e s o l v e d t h r o u g h f o u r “ a p p l y t o t w o j o b s a t t h e s a me t i me ” d e s i g n ． I t h a s a c h i e v e d g o o d t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c e f f e c t s ． 【 K e y w o r d s ] Wa l l f r a m e d e s i g n ， s t e e l a m o u n t p e r u n i t a r e a ， d e s i g n o p t i m i z a t i o n 1 工程概况 西昌冷轧土建工程由主厂房及其配套公辅设 施构成。主厂房包括轧后库、 酸轧跨、 磨辊间、 热轧 钢卷库、 连退跨、 镀锌跨、 精整及成品库等。厂房柱 距为 1 5 m、 局部 1 8 m， 蕾厂房建筑面积达5 ． 7 万 m 。 2 墙架的主要设计参数 永久荷载标准值 0 ．3 5 k N ／ m ； 可变荷载标准值 0 ． 5 0 k N ／ m 基本风压 ； 抗震设防烈度 9 度 0 ． 4 g 。 3 墙架设计方案及特点 3 ． 1 墙 架柱 1 柱托天沟的设计 墙架柱的内力应根据其 支承情况所确定的计算简图来进行计算， 当计算 由竖向荷载偏心作用产生的变矩和水平风荷载产 生的弯矩时， 应将墙架视为支承于屋盖支撑 、 抗风 桁架 、 吊车梁制动结构 、 基础等的连续梁。传统的 墙架柱并不承受天沟的竖向荷载 ， 天沟是作为墙 架柱的水平传力构件。墙架柱为竖向压弯构件， 其水平向承受较大的风荷载， 但竖向荷载却较小， 承载能力没有被充分的发挥出来。在本厂房中由 于柱距为 1 5 m， 天沟的跨度较大， 用钢量较 1 2 m厂 增加房约 0 ．5 倍。通过在中间墙皮柱上增加牛腿 承受天沟的竖向荷载， 把墙皮柱的水平荷载传递 给天沟， 从而形成一个合理的空间传递受力体系， 把两种构件的承载能力完全发挥出来。经过计 算 ， 这种受力方式天沟的用钢量较 1 2 m天沟节省 约1 5 k g ／ m， 墙架柱的截面却没有增大 见图 1 ， 2 。 图 1 柱托天沟 l 图2 墙架柱受力分析 一 计算简图； b 一剪力包络 ； c 一弯矩包络 栏 目编辑 孙维 宁 一 31 第3 1 卷2 0 1 3 年第3 期 总第 1 6 5 期 0s ％也曾 8 曾 8 雷8雷8 雷 g营密窜8 曾8曾孕 雹 G 8 曾 8 雷{ 虹 乜雷函S e s 粕 2 墙架柱平面外稳定不足 的问题 在墙架柱 的设计中其水平向及竖向承载力均满足要求， 但 平面外的稳定与否成为制约墙架柱截面大小的关 键问题， 如何解决这个问题是关系到整个墙架柱 设计能否成功的标志。在传统的设计中经常采用 打撑的方式， 减小墙架柱的平面外计算长度， 从而 解决其稳定性问题， 但这种方式设计繁琐， 耗钢量 增大， 增加了施工制作的周期。在西昌的厂房设 计中采用了将墙架横梁作为墙架柱支撑系杆 ， 作 为支撑系杆的墙架横梁按压弯构件设计 ， 充分发 挥了墙架横梁的竖向承压能力。图3 中墙架横梁 a ， b ， c 为墙架柱的支撑系杆。实 际设计 中根据风 荷载的倒梯形分布 ， 杆件 b ， c 在施加 了竖向压力后 其承载力可以满足要求， 在墙架横梁基本未加大 的情况下起到了对墙架柱的支撑作用 ， 解决了墙 架柱平面外的稳定问题 ， 使墙架柱截面减小优 化。使用此方案设计的墙架柱用钢量比传统设计 方法约节省 2 0 k g ／ m。 ‘＼ ／’ ‘＼． ．／ ＼ b ／ ’ ＼＼ h ／／ 图3 墙架横梁作为系杆 3 ． 2墙 架横 梁 墙架横梁通常用于轻型墙的墙架结构中， 承 受墙体 自重等竖向荷载和水平风荷载， 是一种双 向受弯构件。对于一般的横梁， 水平风荷载是主 要荷载， 宜采用平放的槽钢、 c 型钢、 普通工字钢或 H型钢 。经过计算 比较 ， 跨距 7 ． 5 m的墙架横梁使 用c 型钢为较优方案。但在风吸力作用时， 其内翼 缘受压失稳。如果能解决其内翼缘受压失稳问 题， 则墙架横梁的用钢量将大大降低。本设计中 一 3 2一 问题研究 拉条采用c 型钢， 在构造上可作为风吸力作用时墙 梁内侧翼缘的侧向支撑， 从而解决墙架横梁内翼 缘受压易失稳问题。拉条视为墙架横梁的竖向支 承点， 因此 ， 拉条的内力应按各连续梁支座反力之 和计算。拉条与横梁的连接位置应偏向墙面一侧 以减小墙体 自重对横梁偏心的影响。采用此设计 使墙架横梁截面明显减小。另外 ， 在采光窗处的 窗框一般采用角钢， 为了达到“ 一心管二” 节省钢 材的目的， 把角钢改为两个c 檩焊接的方钢， 既可 作为窗框使用 ， 又可以作为拉条使用， 保证墙架横 梁的内翼缘不会受压失稳。 3 ． 3 山墙 在山墙的布置中， 因为吊车的荷载以及为增 加厂房空间刚度 ， 在墙架柱之间宜设置柱问支撑 ， 在柱间支撑的节点处， 宜设置通长的水平系杆作 为未与柱间支撑相连的墙架柱的侧向支承点。一 般这种系杆应为刚性的， 在角柱与厂房框架柱有 可靠连接时 ， 也可设计为柔性的 1。经过统计 ， 水 平 系杆约 占山墙用钢量的 1 5 ％左右。在本厂房 的 设计中取消了山墙柱的水平系杆， 而采用山墙处 的抗风桁架来代替水平系杆， 抗风桁架作为墙架 的水平支点 ， 可减小柱承受水平风荷载的计算跨 度。通常在 山墙抗风桁架上设置走道与两侧的吊 车梁或吊车桁架上的走道相连通。抗风桁架的截 面高度一般取跨度的 1 ／ 1 6 ～ 1 ／ 1 2 。跨度较小或风 荷载较大时取较大值， 反之取较小值。此一项节 省钢材约 1 5 t 。 4 结 束语 在墙架设计中采用柱托天沟、 墙架横梁代系 杆、 窗框竖杆代拉条、 抗风桁架弦杆代墙架柱水平 系杆等设计措施， 使墙架由传统设计的单位面积 用 钢量 1 8 k g ／ m 降为 1 3 k g ／ m ， 天沟节省 约 S k g ／ m， 节约 了大量的工程 投资。按厂房面积 5 ． 7 万 m 计 算可节省钢材3 4 2 t ， 按一t 钢材7 0 0 0 元计算 含制 作安装 ， 可节省2 3 9 万元。可见通过因地制宜 、 优 化设计会给工程节省可观的投资， 此厂房墙架的 设计为今后的工业厂房墙架设计提供了参考。 参考文献 [ 1 】 钢结构设计手册． 北京 建筑工业出版社． 2 0 1 2 1 1 1 4 收稿