焦峙煒 郭 偉 劉澤宇

(山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長治 046012)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋被廣泛應(yīng)用于單層工業(yè)廠房，單層倉儲等各種類型建筑。因其用鋼量少，適應(yīng)性強(qiáng)，施工速度快，環(huán)境污染少等特點，廣受業(yè)主歡迎。但是隨著時間的推移，在設(shè)有橋式吊車的輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房中，卻出現(xiàn)了鋼吊車梁與柱連接處焊縫斷裂，相鄰吊車梁連接處螺栓斷裂，吊車梁上部軌道發(fā)生彎曲，吊車輪經(jīng)常性卡軌，吊車運(yùn)行時劇烈振動等現(xiàn)象。上述現(xiàn)象，不僅僅影響了企業(yè)的生產(chǎn)效益，更給企業(yè)員工帶來了巨大的心理壓力，嚴(yán)重影響員工的身心健康。

1 工程實例

某工業(yè)廠房跨度(單跨)24 m，柱距為7.5 m，采用門式剛架結(jié)構(gòu)。廠房內(nèi)部設(shè)有兩臺相同吊車，吊車形式采用DSQD型5 t～125 t吊鉤起重機(jī)(大連重工起重集團(tuán)有限公司2003年資料)，具體規(guī)格如表1所示。

表1 吊車參數(shù)表

通過某結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件計算，選定吊車截面其截面尺寸為H 600×360×320×8×14，強(qiáng)度等級為Q235B，如圖1所示。

截面特性為：

IX=940 294 217.67 mm4=0.000 94 m4；

IY=92 685 738.66 mm4=0.000 092 6 m4；

E=206×103N/mm2；

m=110.654 kg/m。

軟件結(jié)果顯示此截面通過驗算，滿足規(guī)范要求。詳細(xì)查看計算結(jié)果，軟件并沒有對其進(jìn)行水平方向撓度驗算，故對此進(jìn)行驗算：

根據(jù)GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[3]第6.1.2條第二款規(guī)定，吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：

T1=12%×(2.303+10)×9.8=14.468 kN。

吊車的工作級別為A5，其總共有4個行車輪，每側(cè)有2個車輪。則作用于每個行車輪上的水平力標(biāo)準(zhǔn)值為：

工業(yè)廠房吊車梁形式為簡支吊車梁，繪制其計算簡圖如圖2所示。

則其吊車梁在吊車水平荷載作用下，其中部最大水平撓度[4]為:

(3-4×0.1672)=1.603 mm。

考慮到水平荷載對吊車梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，故其扭矩為:

M=F×L=3 617×(0.288+0.143)=1 558.927 N·m。

其中，取軌道高度為143 mm，L為中心到軌道頂邊的距離。

其軌道的相對轉(zhuǎn)角為：

IP=IX+IY=0.000 94+0.000 09=0.001 03 m4。

當(dāng)角度很小時，φ=tanφ，則由扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的水平位移為：

s=L×tanα=(288.4+134)×0.096=40.550 mm。

則總的位移為：

S總=fmax+s=0.167+40.550=40.717 mm。

從中我們可以看出，吊車梁的水平位移主要是由扭轉(zhuǎn)所導(dǎo)致。若按受彎構(gòu)件考慮，根據(jù)GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附錄A.1中明確規(guī)定，受彎構(gòu)件撓度最大允許值(不考慮吊車形式)為：

則S總>S限，不滿足規(guī)范要求，更不滿足GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中附錄A.1.2條規(guī)定，需提高吊車梁的水平剛度。

2 原因分析

2.1 “含鋼量”指標(biāo)的影響

隨著我國建筑市場的蓬勃發(fā)展，業(yè)主越來越注重結(jié)構(gòu)“含鋼量”這一經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。項目的“含鋼量”越高，項目成本也就越高；反之，項目成本越低。因此，有的業(yè)主甚至將項目結(jié)構(gòu)最大“含鋼量”寫入設(shè)計合同當(dāng)中。為了迎合市場趨勢，部分設(shè)計院將“含鋼量”作為評判結(jié)構(gòu)設(shè)計人員水平高低的指標(biāo)之一。在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，由于門式剛架輕型房屋相對于普通鋼結(jié)構(gòu)廠房有著巨大的成本優(yōu)勢(門式剛架含鋼量較少)，部分項目負(fù)責(zé)人及工藝設(shè)計人員，并未對項目進(jìn)行有效分析。為了使項目符合《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》使用范圍的要求，往往將吊車工作制定為A5，偏離了實際情況，從而導(dǎo)致后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與廠房實際使用功能不相符。

2.2 設(shè)計人員原因

在項目設(shè)計過程當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計位于工藝設(shè)計與建筑設(shè)計的后續(xù)階段，結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)工藝及建筑設(shè)計文件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。此時，留給結(jié)構(gòu)工程師的時間往往較少，幾乎沒有結(jié)構(gòu)工程師會對吊車工作制這一參數(shù)進(jìn)行校核。再加上部分結(jié)構(gòu)工程師并未理解“規(guī)范是結(jié)構(gòu)設(shè)計的最低要求”這一準(zhǔn)則，為了降低結(jié)構(gòu)含鋼量，只要是規(guī)范不做強(qiáng)制要求的，就不會去驗算，更不會去增設(shè)吊車梁制動結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件日益普及的今天，設(shè)計人員往往過分依賴結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，缺乏對軟件計算結(jié)果合理的判斷性：“只要是軟件認(rèn)為通過的，就盲目認(rèn)為通過；只要是軟件不考慮的因素，也不會考慮”。再加上部分鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)受利益驅(qū)動，材料性能僅臨下限，從而使得廠房在正常使用狀態(tài)下出現(xiàn)了一系列問題。

2.3 業(yè)主方原因

項目投資方，也就是業(yè)主，絕大部分不是專業(yè)人員。在購買吊車時，往往只關(guān)注吊車最大起重量是否滿足生產(chǎn)需求，并不考慮實際生產(chǎn)中吊車運(yùn)行的次數(shù)，對于吊車工作制的概念更是無從談起。再加上少數(shù)吊車廠家銷售人員，為了自身經(jīng)濟(jì)利益，給業(yè)主提出了錯誤的建議，導(dǎo)致廠房實際選用的吊車與圖紙要求并不相同，直接埋下了建筑物的安全隱患。

2.4 市場原因

在社會主義市場經(jīng)濟(jì)中，所有的企業(yè)都是以市場為導(dǎo)向，根據(jù)市場情況，企業(yè)會進(jìn)行生產(chǎn)計劃的安排，自身產(chǎn)業(yè)升級，甚至使用功能的改變等等。這些都會對吊車梁產(chǎn)生影響。例如，由于企業(yè)自身經(jīng)營能力的改善，導(dǎo)致了生產(chǎn)任務(wù)加重，從而加大了吊車的使用頻率。此時，吊車在某一段時間內(nèi)，工作級別完全由A5更改為A7。更有甚者，原來設(shè)計的倉庫，由于各種原因更改為某種加工廠，甚至更改為鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠。在此變化過程當(dāng)中，非專業(yè)人員僅僅會關(guān)注吊車的起重量，幾乎沒有人去校核吊車工作制是否發(fā)生改變。一旦在使用中出現(xiàn)問題，只能全部歸結(jié)于施工及吊車質(zhì)量問題。

3 結(jié)語

輕型鋼結(jié)構(gòu)相對于普通鋼結(jié)構(gòu)來說，其截面相對較小，剛度較小，自振周期較長，易受吊車運(yùn)行影響。所以，為了保證吊車梁的正常使用，吊車梁水平剛度驗算顯得尤為重要，必要時可以增設(shè)吊車制動結(jié)構(gòu)。

GB 51022—2015門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范中應(yīng)對吊車梁設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，明確吊車梁受力，變形等條件限值。同時增加有關(guān)吊車梁制動桁架設(shè)置條件，以及力學(xué)計算相應(yīng)的受力及變形限值。