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1概況

本文結(jié)合某鋼鐵有限公司45t轉(zhuǎn)爐煉鋼工程，淺談煉鋼工業(yè)廠房屋蓋設(shè)計的思路及特點。

1.1煉鋼廠房的特點煉鋼工程廠房有幾個特點：①廠房吊車多為重級工作制的大噸位吊車；②屋面積灰荷載較大；③屋面管道荷載復(fù)雜,且荷載較大；④局部屋面系統(tǒng)與高層框架連接處屋架上設(shè)置了鋼平臺；⑤吊車梁軌面標(biāo)高較高，使得屋面檐口標(biāo)高較高，因而屋面風(fēng)載較大。以上各種特點使煉鋼車間屋面系統(tǒng)受力較為復(fù)雜。

1.2某鋼鐵公司煉鋼工程廠房簡介某鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐煉鋼工程煉鋼車間，由出坯跨（A—B）、澆鑄跨（B—C）、鋼水接收跨（C—D）、轉(zhuǎn)爐跨（D—E）、加料跨（E—F）所組成。出坯跨（A—B）跨度30m，軌面標(biāo)高為10.000m。

2結(jié)構(gòu)方案的選定

屋架結(jié)構(gòu)體系有無檁及有檁兩種方案。有檁體系特點為構(gòu)件重量輕、用料省、運輸安裝較輕便但其屋蓋構(gòu)件數(shù)量較多、構(gòu)造較為復(fù)雜、屋蓋的橫向整體剛度較差。本工程采用有檁屋蓋。

2.1屋架形式的確定屋架形式的選擇與屋面坡度、天窗形式、與柱子的連接方式、經(jīng)濟指標(biāo)以及運輸和施工等因素有關(guān)。本工程屋面坡度為1/10，天窗為橫向天窗，采用單坡梯形鋼屋架。

2.2檁條形式的確定檁條宜優(yōu)先采用實腹構(gòu)件，檁距及跨度較大時也可以采用空腹式或格構(gòu)式構(gòu)件。檁條一般設(shè)計成單跨簡支構(gòu)件，實腹式檁條也可以設(shè)計成連續(xù)構(gòu)件。本工程跨度為6米，屋面維護采用壓型鋼板，故采用實腹式檁條，構(gòu)造簡單，制作方便，油漆、維護方便。

3結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計要點和計算方法

3.1支撐的布置支撐的布置必須根據(jù)廠房的柱網(wǎng)布置、廠房的跨度和高度、屋面材料、屋蓋結(jié)構(gòu)形式、屋架間距、吊車起重量及其工作制、有無懸掛起重運輸設(shè)備或其它振動設(shè)備、地震設(shè)防烈度等具體情況綜合考慮。

3.1.1屋架橫向支撐本工程①～⑦軸長36米，～軸長60米，且設(shè)有檢修吊車電葫蘆，故除在結(jié)構(gòu)單元的兩端設(shè)橫向支撐外，還應(yīng)在設(shè)有檢修吊車電葫蘆的兩側(cè)跨間設(shè)橫向支撐。⑦～軸長126米的這個結(jié)構(gòu)單元內(nèi)除將橫向支撐設(shè)置在兩端外，還應(yīng)在中部增設(shè)一道橫向支撐。

3.1.2屋架縱向支撐屋架縱向支撐應(yīng)設(shè)在傳遞排架橫梁支座反力的平面內(nèi)，與橫向支撐組成封閉型的支撐框架，以增強廠房骨架的空間剛度。本工程～跨，～跨，～跨，～跨兩端均設(shè)置一道縱向支撐。

3.1.3屋架垂直支撐及系桿由于本工程在屋架端部設(shè)有托架，可兼作垂直支撐。根據(jù)屋架垂直支撐布置原則，因為屋架跨度小于30米，所以僅需在跨度中央設(shè)置一道垂直支撐。

為保證溫度區(qū)段內(nèi)所有屋架受壓弦桿在安裝和使用階段的穩(wěn)定或減少受拉弦桿的長細(xì)比，應(yīng)在廠房兩端屋架橫向支撐桁架節(jié)點間沿縱向設(shè)置通長的水平系桿。

3.1.4支撐桿件的設(shè)計支撐桿件一般按長細(xì)比選擇截面，壓桿的容許長細(xì)比為200，有重級工作制吊車的廠房拉桿的容許長細(xì)比為350，其余情況拉桿的容許長細(xì)比為400。交叉斜桿和柔性系桿按拉桿考慮，非交叉斜桿和橫桿以及剛性系桿按壓桿考慮。當(dāng)支撐桁架跨度較大、風(fēng)載較大或承受地震力以及做彈性支承時，尚應(yīng)計算其內(nèi)力。

3.2檁條的設(shè)計本工程檁條間距為1.5米左右。在選用檁條斷面時，應(yīng)考慮天溝的高度，使檁條高大于或等于天溝高，這樣，不需要采取什么構(gòu)造措施，排水就很通暢。

檁條一般垂直于屋頂坡面放置，此時，檁條承受雙向彎曲其豎向荷載的坡向分力，在計算檁條時應(yīng)完全計入。檁條下的隅撐垂直于水平面，給檁條提供雙向支承，根據(jù)檁條的受力簡圖，分別計算出Mx，My，按以下三個方面進行截面的校核。

3.2.1強度計算

3.2.2整體穩(wěn)定

3.3屋架的設(shè)計屋架的形式在按工藝和建筑要求初步選取后，尚應(yīng)綜合考慮天窗、檁條、屋蓋支撐、荷載情況以及和柱的連接等因素。本工程荷載較大，跨度較大，取屋架端部高度為2米。

3.3.1計算原則本工程弦桿采用軋制型鋼，其在桁架平面內(nèi)的桿件截面高度與幾何長度之比大于1/10，故應(yīng)考慮屋架變位后節(jié)點剛性所產(chǎn)生的次應(yīng)力，可將弦桿的計算應(yīng)力乘1.15的系數(shù)來考慮節(jié)點次彎矩的影響。屋架中所有桿件的軸線都在同一平面內(nèi)，并且各桿件的軸線在節(jié)點處交于同一點。作用在屋架上的懸掛吊車的豎向荷載不考慮動力系數(shù)，其產(chǎn)生的水平荷載計算屋架時不予考慮。

3.3.2屋架計算的荷載組合屋架計算的荷載組合與屋架同柱的連接方式有關(guān)。①與柱鉸接的屋架在荷載設(shè)計值作用下，按下列情況計算桿件內(nèi)力組合：a全跨荷載設(shè)計值：永久荷載+屋面活荷載或雪荷載+積灰荷載+懸掛吊車荷載。b半跨荷載設(shè)計值：全跨永久荷載+半跨屋面活荷載或雪荷載+半跨積灰荷載+懸掛吊車荷載。c柱頂水平力與上二項進行組合。②與柱剛接的屋架在荷載設(shè)計值作用下，除按上列情況計算桿件內(nèi)力外，還應(yīng)考慮作用于屋架端部的水平力。端彎矩M可用一對力偶H=M/h0來代替，它與水平力的組合分成如下三組：a左端為-M1max和-H，右端為-M2和-H；b左端為+M1max和+H，右端為+M2和+H；c一端為±Mmax，另一端為+M。

3.3.3屋架的內(nèi)力計算（略）

3.3.4桿件的計算長度和容許長細(xì)比（略）

3.3.5桿件的截面形式的確定

本工程受壓弦桿的平面外和平面內(nèi)的計算長度相等，采用長邊相連的不等邊角鋼。受拉弦桿本宜采用短邊相連的不等邊角鋼或等邊角鋼，以重量最輕為原則。支座受壓斜桿采用長邊相的不等邊角鋼或等邊角鋼，以重量最輕為原則。連接垂直支撐的桿件宜采用等邊角鋼組成的十字形截面。其它腹桿一般采用等邊角鋼組成的T形截面。

4節(jié)點設(shè)計原則和計算

本部分僅對屋架端節(jié)點設(shè)計進行討論。

屋架與柱的連接有鉸接和剛接兩種方式，下面就這兩種支承節(jié)點方式分別討論。

4.1屋架的鉸接支承方式支座節(jié)點處應(yīng)對稱設(shè)置加勁板，加勁板的厚度取等于或略小于節(jié)點板厚度，加勁板厚度中心線應(yīng)于各桿件合力重合。

支座節(jié)點的計算，包括底板面積及厚度、節(jié)點板與加勁板的豎焊縫以及加勁板、加勁板的水平焊縫三個部分。

4.1.1底板面積及厚度

4.1.2加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫計算加勁肋的厚度取等于或略小于節(jié)點板厚度。通常假定一個加勁肋傳遞支座反力的1/4

4.1.3屋架支座節(jié)點板和垂直加勁肋與支座底板連接的水平焊縫計算屋架支座節(jié)點板和垂直加勁肋與支座底板連接的水平焊縫，一般采用角焊縫

4.2屋架的剛接支承方式在全鋼結(jié)構(gòu)的房屋中，屋架與柱的連接有時設(shè)計成剛性連接；此時支座節(jié)點不僅承受屋架的豎向支座反力，還要承受屋架作為框架橫梁的彎矩和水平力。為使節(jié)點板不至過大，屋架弦桿和斜腹桿的軸線一般匯交于柱的內(nèi)邊緣。

剛接支承一般采用安裝焊縫加支托的剛接支座節(jié)點；采用普通C級螺栓加承力支托的剛性支座節(jié)點及利用柱頂設(shè)置切口臺階形成上承式屋架的剛性連接三種支承方式。利用柱頂設(shè)置切口臺階形成上承式屋架的剛性連接的這種支承形式適用于柱截面高度較大的場合。