多跨钢结构炼钢主厂房框排架用钢量控制.pdf

第3 7 卷 第2 期 2 0 1 5 年4月 山 东 S h a n d o n g 冶 金 Me t a l l u r g y V0 1 ． 3 7 No ．2 Ap r i l 2 0 1 5 一 L L L L4L L L L {经验 交 流 } 畸 1中 1 卞 1 咔 1 竹 1 竹 1卞 1 咋 多跨钢结构炼钢主厂房框排架用钢量控制 景伟 山东省冶金设计院股份有限公司， 山东 莱芜 2 7 1 1 0 4 摘 要 通过对实际工程中多跨钢结构炼钢主厂房框排架用钢量的计算分析， 总结其中用钢量规律， 对不同类型炼钢主厂 房用钢量指标 区间及用钢量指标优化提 出了建议 。 关键词 钢结构； 炼钢主厂房； 用钢量 中图分类号 T U3 9 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 4 6 2 0 2 0 1 5 0 2 0 0 7 7 0 2 1 前言 炼钢主厂房是为转炉 、 电炉等炼钢连铸工艺服 务 ， 这类钢结构厂房有一定 的共性 ， 体现在吊车 吨 位 、 厂房高度 、 跨度 、 跨数 、 屋面荷载等方面。炼钢 主厂房钢框排架一般采用较为通用 的下柱格构柱 、 上柱实腹柱 、 屋面采用实腹梁的形式。在实际工程 应用 中， 随着钢结构的普及 ， 该类厂房用钢量出现 优化的趋势。通过对十几个炼钢主厂房排架计算 模型的还原 ， 综合考虑最大起吊吨位 、 厂房高度 、 跨 度等因素 ， 对 占总用钢量较大 比例 的框排架用钢量 进行对 比分析 ， 寻找合理的用钢量指标控制区间。 2 厂房用钢量指标分析 炼钢主厂房可以分为柱系统 、 屋面系统 、 墙 面 系统和吊车梁系统n ] 。这 4 个系统相互之间密切关 联 ， 用钢量指标的控制需要对各个系统进行平衡以 达到最优。4 个系统中吊车梁系统较为独立， 影响 吊车梁的主要 因素是 吊车吨位和厂房纵 向跨度 。 墙 面系统用钢量与 风荷 载和厂房纵 向跨度有关 。 屋面系统中檩条用钢量与屋面风压 与屋面体型密 切相关 、 积灰荷载 、 活荷载、 雪压和厂房纵 向跨度 等有关 。可以看出在外加荷载一定的情况下 ， 吊车 梁系统 、 屋面系统和墙 面檩条均与厂房纵向跨度有 关 。根据相关资料和工程经验 ， 炼钢主厂房较为经 济 的纵向跨度为 9 1 5 m。柱系统和屋面系统 中钢 框 排 架 占厂房 总用 钢 量 比重 较 大 约 占 4 0 ％ 一 6 0 ％ ， 受工艺条件 、 厂房跨度 、 厂房高度 、 吊车吨位 等影 响较大 。所以对钢结构厂房中框排架用钢量 进行控制对总体用钢量控制意义重大。 2 ． 1 主厂房共性 炼钢主厂房的最高高度范 围为 3 O一4 5 i n ， 最大 收稿 日期 2 0 1 4 1 2 1 1 作者简介 景伟， 男， 1 9 8 0 年生， 2 0 0 7 年毕业于广东工业大学岩土工 程专业。现为山东省冶金设计院股份有限公司工程师 ， 从事冶金 行业建筑工程设计工作。 吊车起 吊吨位范 围1 0 0 2 8 0 t 。一般较高的厂房对 应着起 吊吨位较高的 吊车。最大 吊车吨位一般出 现在原料跨 、 钢水接收跨 、 精炼跨 ， 根据钢包 、 铁水 包重量及 炉容确定。其余跨 吊车吨位较小 ， 不同冶 炼规模的厂房 吨位差别 较小 。吊车工作级别一般 为A 6 、 A 7 。厂房一般包括原料跨 、 电炉 转炉 跨 、 精 炼跨、 钢包维修跨、 钢水接收跨、 连铸跨、 过渡跨、 出 坯跨 ， 有 时也会把精整跨放在炼钢主厂房中 ， 其跨 度一般为 2 7 ～ 3 3 I n 。根据具体工艺布置确定实际跨 数 ， 一个完整 的炼钢主厂房并不是包含所有跨 ， 一 般可将几跨进行整合 ， 有时也存在个别跨比如出坯 跨会设置两跨 的现象。各跨 的常用跨度 原料跨 、 钢包维修跨 、 过渡跨 为2 1 2 4 m； 电炉跨 、 精炼跨 、 钢水接收跨 、 连铸跨为 2 42 7 i n ； 转炉跨 为 1 2 ～1 5 I T I ； 出坯跨为 2 4 ～3 3 n l 。当然 ， 根据工艺布置不同， 跨 度也会有 比较大的变化， 但最大跨度一般3 6 m。 厂房屋面荷载主要包括屋面板材 、 檩条 、 支撑 、 屋 面梁等的恒载 以及活荷载 、 积灰荷载 、 风载和雪 荷载。其中 ， 屋面梁跨度、 屋面板材 的类型 、 可变荷 载的大小及组合对屋 面系统用 钢量 的影响较大 。 炼 钢厂房的积灰荷载有一定 的分布规律 ， 可参考 G B 5 0 0 0 9 --2 0 1 2 建筑结构荷载规范 中相关规定。 2 ． 2 主厂房用钢量的主要影响因素 就几个主要因素对用钢量的影响进行分析。 1 厂房高度对框排架用钢量的影响。厂房高 度与工艺有很大关系 ， 转炉炼钢厂房一般高于电炉 炼钢厂房 ， 炉容大小也直接影响厂房高度。炼钢厂 房最高高度一般为 3 0 4 0 I n 。厂房高度增加柱用 钢量也相应增加 ， 对于边柱 ， 厂房高度增加 ， 风荷载 产生 的弯矩加大 ， 边跨柱柱顶位移加大 ， 故其用钢 量也会增加。边跨一般为钢坯跨或加料跨 ， 根据冶 炼规模的大小， 一般标高变化幅度在6 m以内。 2 吊车轨顶标 高对框排架用钢量影响。吊车 轨顶标高 由工艺确定 ， 一般冶炼规模大 的厂房轨顶 标高也相应较高 ， 最大轨顶标高出现在炼钢跨。根 7 7 2 0 1 5 年4月 山东冶金 第 3 7 卷 据 G B 5 0 0 1 7 --2 0 0 3 钢结构设计规范 要求 ， 吊车梁 轨面标高处 由1 台最大吊车水平荷载所产生计算变 形值不超过基础顶面至 吊车梁顶面高度的 1 ／ 1 2 5 0 。 轨顶标高越高 ， 水平位移越大 ， 钢柱截面也要变大。 3 厂房跨度对框排架用钢量 的影响 。工艺布 置决定厂房跨度 ， 跨度对屋面梁用钢量的影响比较 大。实腹钢梁用钢量比屋架用钢量偏大 ， 尤其是跨 度大于 2 7 m时用钢量增大明显。但实腹钢梁制作 简便 ， 厂房施工期和使用期涂装 、 维护量小而方便 ， 且质量好进度快 ， 屋面梁 比屋架应用 日益广泛。 4 吊车吨位对框排架用钢量 的影响。在保证 钢柱制作工艺的情况下 ， 吊车竖向荷载对提高柱截 面应力 比的影响有限。吊车水平荷载所产生的轨 面位移往往对框排架结构起着控制作用 ， 吊车吨位 越大 ， 该水平位移越难满足 ， 故 吊车吨位对框排架 用钢量的影响较大。 5 力学参数控制对框排架用钢量的影 响。力 学参数对用钢量 的影响较为显著 ， 具体控制指标详 见表 1 长细比 1 5 0 ， 宽厚比为 G B 5 0 0 1 1 2 0 l 0 建筑 抗震设计规范 第9 ． 2 ． 1 4 条 。 应力参数 、 构造参数和变形参数要相互配合 已 达到最优结果 。综合多个工程经验 ， 厂房位移参数 表 1 钢 结构 炼钢 厂房 梁、 柱力学参数控制 起控制作用 ， 应力 比很难达到限值。构造参数对用 钢量 的影响较大 ， 尤其是构件 的宽厚比、 高厚 比等 参数直接对应着构件板材的厚度 ， 对用钢量的影响较 为显著 ， 可根据抗震性能 目标要求控制板件宽厚比。 6 荷载大小对框排架用钢量 的影响。地震荷 载对钢结构厂房的影响要远低于混凝土厂房 ， 因为 钢结构厂房质量轻地震荷载小 ， 其次材料强度大、 塑性性能好 ， 抗震设防 目标更容易实现 。风荷载对 边柱的影 响较大 ， 对 中柱的影响较小 。活荷载、 积 灰荷载和雪荷载对屋面梁的影响较大。 2 ． 3 工程 实例分析 应用 P K P M软件对十几个炼钢厂房进行计算 ， 选取其 中较为典型的几个进行 比较 。厂房荷载参 数、 几何参数、 吊车吨位、 用钢量参数见表2 其中， g 为重力加速度 ， m ／ s ； 积灰荷 载均为0 ． 3 k P a 。用钢 量折算到每平米 ， 计算方法为 排架用钢量 框排架 总用钢量／ 排架总跨度 排架间距 。 表2 各工程实例力学参数、 几何参数、 吊车吨位、 用钢量 工程实例 基本地震加速度 g 基本风压／ k P a基本雪／ k P a 厂房高度／ m最高轨面标高／ m最大 吊车吨位／ t 排架用钢量， k g I n 3 结语 1 炼钢厂房 吊车吨位一般对应着冶炼规模 ， 吊 车吨位 大 的厂房一般高度较 高 、 吊车轨 面标高较 高 ， 相应框排架用钢量也较大。可以将最大 吊车吨 位 1 5 0 t 以上的炼钢厂房作为重型炼厂厂房 ， 其用钢 量 的合 理 指 标 为 6 0 ～9 0 k g ／ m 。最 大 吊 车 吨 位 1 5 0～7 5 t 的炼钢厂房可以作为中型炼钢厂房 ， 其用 钢量的合理指标为4 0～7 0 k g ／ m 。对于轻型炼钢厂 房 ， 其用钢量的合理指标为 3 5 ～4 5 k g ／ m 2 。 2 排架用钢量是炼钢厂房总用钢量的一部分 ， 必须考虑整个厂房结构系统统筹才能取得最优的 用钢量结果。 3 地震荷载对钢结构厂房 的影响要远低于混 凝土厂房 。高地震设 防烈度并没有使用钢量显著 增加 ， 这与混凝 土结构有显著不 同。钢结构 比混凝 78 土结构有更优越的抗震性能。 4 要统筹考虑力学参数对用钢量 的影响 。炼 钢厂房的安全性要通过各方面的力学参数来保证 ， 应力参数和变形参数要综合考虑 ， 均需满足 国家现 行 规范 的相关要求 。在风荷载 、 地震荷载 、 吊车荷 载较大的厂房 ， 如重型炼 、 中型钢厂房 ， 变形参数往 往起着控制作用。对于构造参数 ， 不同的参考文献 中对钢结构框 排架厂房有 不同的经验要求 。由于 钢结构框排架 厂房材料模型 、 力学模型 、 结构模型 较为成熟 ， 相关规范对应力 、 变形 、 构造参数的规定 较为完备 ， 吊车振动荷载也可控 ， 结构设计时还应 以计算和国家规范要求为依据 ， 而不能照搬相关参 考文献中的经验要求n 】 。 参考文献 [ 1 ] 包头钢铁设计研究总院． 钢结构设计与计算[ M] ． 2 版． 北京 机械工、 出版社 ． 2 0 0 6 ．