钢结构厂房,作为一种主要以钢为构件的建筑形式,广泛应用于各类建设项目,包括但不限于工业制造厂房、储存仓库、现代办公大楼,以及体育场馆等。这种建筑既可以设计为宽敞的单层空间,也能发展为多层结构。其特点在于,所有必要的钢结构构件均可在工厂预制完成后,再运至施工现场进行快速组装,这一流程大大简化了施工步骤,缩减了建设时间,同时也具备了经济效益和便于后期维护的优势。下面以某风力发电园区建设项目为例,浅谈一下重型钢结构厂房的结构选型。
1、基础选型
对于整体式厂房地基的位移标准,规定如下:竖直方向的位移不应超过0.004倍的柱跨,而在横向,该值需控制在0.003倍的柱跨以内。在高大型的厂房设计中,由于承受风载和吊车操作的影响,地基需承担较大的弯矩,尤其是位于外侧的柱子,其底部虽承受较小的轴力,但弯矩和扭矩较大,因此对地基的偏心荷载承载能力有较高要求。考虑到工程实际中存在的显著偏心荷载,采取了抗拔桩的方法以增强基础的稳固性。在本项目中,选用了预应力钢管桩作为解决方案,这一方法不仅在经济性和施工周期上具有明显优势,而且相较于传统的钻孔桩法,在技术性能上也更为可靠。
2、上部结构
1)主框架
在该项目中,选用的整装式厂房主要采取整体受弯型构造,其核心承受力主要依赖于抗侧力。对比实腹型柱而言,其横截面较大不仅增加了成本,也可能因立柱埋深过大而对地基工程带来不利影响。而钢管混凝土框架的应用,在满足相同的强度和变形要求下,无疑在横向刚性、强度及安全方面展现出了优越性。钢管混凝土利用管内填充的水泥产生环绕效果,让钢筋经受三向压力,从而显著提升了压缩和韧性性能。采纳钢管混凝土结构作为主承力构件,充分发挥了这种结构在承力方面的益处。项目选用的四腿钢筋混凝土结构柱子,在抗弯、抗剪以及抗压方面具备出色的性能表现。经过与其他工程的比较分析,四腿钢筋混凝土结构柱相比于空心钢管柱,能够节省钢材使用量约15%至30%,这不仅提高了结构效率,还实现了成本节约。
2)山墙抗风结构
在设计大型工业厂房时,特别是面对11.0m×13.6m规模的巨大推拉门设计,门框的尺寸对风力支撑结构的安排产生了显著影响。传统的抗风支柱往往难以达到预期的抗风效果。因此,引入抗风桁架成为解决方案,这种结构不但能有效承担山墙承受的风荷载,同时也优化了结构的计算长度,并满足了管道通行的技术要求。在本项目中,通过在吊车梁的两侧以及屋架的底部安装一对抗风桁架(一个位于顶部,另一个位于底部),精心设计其高度为跨度的1/12至1/16之间,既保证了结构的稳定性,又满足了功能和技术的双重需求。
3)吊车
为有效传递起重机产生的垂直与水平荷载,起重机的梁结构采用了H形钢材质,并在具有大跨度的工厂中,安装了用于横向运动控制的起重机水平刹车桁架系统。这种设计考虑下的最大车轮压力,是在预设中不考虑地震影响时测定的。
4)支撑体系
对于该项目而言,结构在横向位移上的刚性需求相当严格。特别是对于宽跨度的工厂屋顶,设计中为每个跨度增设了横向支撑结构。为了增强结构柱在横向承受力的能力,实施了一种策略,即在柱的主面外,分隔各个柱子之间安装额外的支撑。这样的措施旨在确保整个建筑的稳定性,满足对刚性的高要求。