摘要
[摘要] 砂石厂项目设计中，结构设计应紧密配合工艺专业需求进 行，建筑高度超过18米或高宽比大于1时，厂房采用门式刚架钢结 构形式时，风荷载的计算方法考虑采用《建筑结构荷载规范》 GB50009-2012及《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022- 2015规定的计算方法进行分别计算取不利进行结构设计；高度大于 18米的门式刚架钢结构结构形式，结构柱顶位移的控制、主要钢构 件长细比的控制等按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》 GB51022-2015及《钢结构设计标准》GB50017-2017的规定取不利进 行设计。 [关键词] 砂石厂 工艺 门式刚架 钢结构 1.项目概况 浙江东阳砂石厂项目位于浙江省东阳市梨凤村，本项目主要建筑功能为满足生产砂石骨料的配套厂房，项目占地12658.63m2,总建筑面积5976.32m2,其中主厂房及配套厂房建筑面积5233.98m2。 本工程主厂房及配套厂房分别由粗破车间、中细碎车间、筛分车间、成品库车间四个单体厂房组成，无吊顶,屋面及墙面均采用压型钢板复合夹心板。各单体厂房建筑参数如下： 单体名称 建筑高度（m） 主要跨度(m) 吊车吨位 粗破车间 18.0 18.5 15t 中细碎车间 24.0 16.0 12t 筛分车间 22.0 25.0 10t 成品库 9.8 40.0 无吊车 其中成品库车间底部6米高为钢筋混凝土维护墙，6米以上为钢结构维护车间厂房。其余单体车间均为地面以上配套工艺的生产车间。 本工程结构使用年限50年，结构安全等级二级。地基基础设计等级为丙级。抗震设防烈度为6度，设计基本加速度为0.05g,场地类别为Ⅱ类，设计分组第一组，抗震设防类别为标准设防类。 2.结构类型的选用 本工程主厂房及配套厂房为满足生产砂石工艺要求，需要高度高，跨度大，并设有维修吊车，吊车吨位较大，经综合考虑采用门式刚架钢结构结构形式，柱脚，有吊车车间采用固结柱脚，成品库为无吊车车间，柱脚位于6米高钢筋混凝土挡墙顶面，采用铰接柱脚。均采用外露式柱脚。 3.刚架结构分析与设计 3.1荷载条件 本工程为门式刚架，除恒荷载外，活荷载、风荷载、 雪荷载对刚架受力影响较大，选用合理的风荷载计算方 法及雪荷载标准值尤为关键。 3.1.1雪荷载 考虑本工程为对雪荷载敏感的结构类型，选用100年 重现期的基本雪压，取0.65KN/m2，并考虑积雪不均匀分 布系数的影响。 3.1.2风荷载 基本风压0.35KN/m2（50年重现期），地面粗糙度B 类。风荷载的计算，对中细碎车间、筛分车间，考虑到 其建筑高度均大于18米，高宽比大于1，则分别采用 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015第 4.2.1条式4.2.1，ωk=βμwμzω0及《建筑结构荷载规 范》GB50009-2012第8.1.1条式8.1.1-1,ωk=βzμsμz ω0进行计算，取不利进行设计。 3.1.3活荷载 活荷载标准值取0.5KN/m2,考虑其值小于基本雪压 0.65KN/m2,又与雪荷载分别考虑，故其实际为不起控制 的荷载项。 3.1.4地震作用 本工程设防烈度为6度，场地类别为Ⅱ类，建筑抗震 设防分类为标准设防类，依据《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010第5.1.6条及8.1.3条，可不进行地震作 用计算，亦可以不考虑采取抗震相关措施。 3.2计算软件的选用 本工程刚架计算采用中国建筑科学研究院编制的PKPM 结构设计软件10版V5.1.3钢结构模块STS进行计算。 3.3刚架的设计 3.3.1柱顶位移的控制 依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022- 2015》第3.3.1条表3.3.1，有吊车地面操作柱顶位移 限值为h/180,《钢结构设计标准》GB50017-2017附录 B.2.1条表B.2.1-1要求柱顶位移限值为h/150,本工程 考虑中细碎车间及筛分车间高度超过18米，采用柱顶位 移限值h/150控制，粗破车间采用柱顶位移限值h/180 控制。 3.3.2刚架柱、梁设计 （1）构件板件宽厚比等级的选用 考虑到本工程抗震设防烈度为6度，场地类别简单， 钢结构房屋自重较轻，房屋高度小于50米，地震作用实 际不起控制，因此不进行地震作用，也不考虑抗震措 施。不考虑钢柱、钢梁塑性承载能力，故采取适当提高 刚架承载力，降低构件延性的结构措施，对钢柱、钢梁 板件宽厚比等级选用S4级进行设计。 （2）构件长细比的控制 对中细碎车间、筛分车间钢柱长细比限值分别依据 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015第 3.4.2条表3.4.2-1及《钢结构设计标准》GB50017- 2017第7.4.6条表7.4.6的要求从严要求，采用长细比 限值150进行设计；吊车梁以下柱间支撑采用长细比限 值150，吊车梁以上柱间支撑采用长细比限值200进行 设计；其他受压构件及支撑采用长细比限值200进行设 计。 （3）钢柱、钢梁平面外计算长度的确定 考虑到墙面檩条、屋面檩条对钢柱、钢梁平面外的约 束作用有限，钢柱、钢梁平面外计算长度不按2倍的檩 距确定，按其实际平面外支撑点的距离即刚性系杆之间 的距离确定；本工程由于各车间之间有运输砂石的皮带 机连接，考虑了皮带机穿越外墙有可能同柱间支撑、钢 柱之间系杆发生碰撞的问题，合理的布置了柱间支撑及 系杆位置，并根据系杆之间的实际距离进行钢柱平面外 计算长度的确定。 （4）柱间支撑的布置 粗破车间、中细碎车间、筛分车间均为有吊车车间， 其柱间支撑分为吊车梁以上部分及吊车梁以上部分， 车梁以上部分柱间支撑设置于车间端部第一跨位置，吊 车梁以下柱间支撑设置于车间中部，设置吊车梁以下柱 间支撑位置均设吊车梁上部柱间支撑，柱间支撑间距控 制在30~45之间，不大于45米；柱间支撑的设置充分考 虑了工艺皮带穿越外墙及建筑门洞的影响。柱间支撑吊 车梁以下部分采用角钢双片支撑，吊车梁以上采用双角 钢支撑。 4.地基基础设计 4.1地质情况 本工程地质条件较好，场地土层分布1层为杂填土， 0.5~1米，以下均为2层中风化凝灰岩，中风化凝灰岩 岩石地基承载力特征值fa=3600kpa。 4.2基础设计 本工程基础持力层位于2层中风化凝灰岩，地基承载 力较高，采用天然地基，基础选型若选用独立基础时， 对于中细碎车间、筛分车间因厂房跨度大，高度高，柱 脚固结设计柱底弯矩较大，独立基础尺寸基本 4.5mx4.5m左右,基础尺寸偏大。考虑到本工程所在场地 2层中风化凝灰岩分布较为均匀，厚度较厚，承载力较 好，故采用岩石锚杆基础，锚杆孔直径选用100mm,锚杆 筋体直径选用C28，锚杆筋体入岩深度1500mm, 单根 锚杆竖向抗拔承载力特征值按Rt=125KN进行设计，锚杆 顶部设承台，单柱锚杆数量为6根，锚杆横向间距 1200mm,纵向间距1500mm,顶部承台2000mmx1700mm。故 采用岩石锚杆基础。 5.设计重点注意事项 5.1墙面留洞 本工程为各单体车间之间均有运输砂石原料或成品的 皮带机连接，各单体厂房内有较多除尘器设备等，结构 设计时钢柱、柱间支撑、系杆布置，提前核对了其与运 输砂石的皮带机墙面留洞、除尘器通风管的墙面留洞等 工艺留洞是否与支撑碰撞；合理的进行了结构布置，确 保厂房的使用满足工艺要求。 5.2厂房内设备基础的设计 本工程的中细碎车间、筛分车间有较多带振动的制砂 设备，例如圆锥式破碎机、振动筛、洗砂机等设备，此 部分设备基础考虑振动影响，与厂房基础采取了分开设 计尽量远离的设计思路，厂房钢柱布置提前根据工艺设 备的位置合理规避，避免设备基础与厂房钢柱基础相互 影响。 6.结语 机械制砂车间结构设计时，设计前期应紧密配合生产 工艺需求合理进行结构布置，合理规避钢柱、柱间支 撑、系杆等构件与皮带运输机碰撞，合理规避单体厂房 柱基与设备基础相互影响。高度超过18米或高跨比大于 1的房屋采用门式刚架结构形式时，考虑到其建筑体型 对风荷载计算时的影响，应采用《建筑结构荷载规范》 GB50009-2012关于风荷载的计算方法计算，并同《门式 轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015关于风荷载的 计算对比取不利进行风荷载的确定。高度大于18米且跨 度较大的较高门式刚架进行设计时应重点考虑其平面 内、平面外稳定性及强度，除按《门式刚架轻型房屋钢 结构技术规范》GB51022-2015的要求进行设计外，建议 按《钢结构设计标准》GB50017-2017的要求进行补充设 计，严格限制柱顶位移、钢柱长细比、板件宽厚比等， 加强结构整体稳定性。对于砂石厂项目厂房的结构设 计，柱网、柱跨、柱间支撑、柱间系杆的布置在设计前 期应充分结合工艺要求及建筑门洞位置的影响，避免后 期调整、返工。
出版日期
2021年03月18日（中国期刊网平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
