冶金厂房墙架设计优化

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1、冶金之家网站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114021)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15m、局部18m，主厂房建筑面积达5．7万m

2、2。2墙架的主要设计参数永久荷载标准值：0．35kN／m2；可变荷载标准值：0．50kN／m2(基本风压)；抗震设防烈度：9度(0．4g)。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

3、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15m，天沟的跨度较大，用钢量较12m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12m天沟节省约1．5kg／m，墙架柱的截面却没有增大(见图1，2)。冶金之家网站(1)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

4、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

5、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20kg／m。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7．5m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。本设计中拉条采用C型

6、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

7、刚度，在墙架柱之间宜设置柱间支撑，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15％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1／16～1／12。

8、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15t。冶金之家网站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18kg／m2降为13kg／m2，天沟节省约15kg／m，节约了大量的工程投资。按厂房面积5．7万m2计算可节省钢材342t，按一t钢材7000元计算(含制作安装)，可节省239万元。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