【汽车制造厂冲压车间钢结构厂房设计】钢结构厂房

时间:2020-01-13 07:18:31 来源:易达学习网 本文已影响 易达学习网

汽车制造厂冲压车间钢结构厂房设计

汽车制造厂冲压车间钢结构厂房设计 本文重点介绍了某汽车厂冲压车间的结构设计,对设计 过程的方案比较、技术处理进行了探讨,对以后的类似工程 起到借鉴作用. 摘 要:
冲压车间 实腹式组合柱 吊车梁系统 一、前言 汽车制造四大工艺中,冲压是首要工艺。大型冲压车间 的显著特点是吊车吨位重,地下结构复杂,地面荷载大。伴随 着汽车工业的迅猛发展及市场竞争的日益趋烈,业主对厂房 的设计提出了较高的要求。本文将从结构安全和经济上对冲 压车间的上部钢结构设计进行介绍,供后来参考。

二、工程概况 根据冲压件生产工艺,冲压车间一般由卷料堆放场地、 开卷落料生产区域、料片堆放区域、模具堆放区域、模具维 修区域、冲压生产区域、冲压件堆放区域等组成,另外还有 废料间、铲车充电区域、车间办公区域、冲压准备车间等辅 助用房[1]。车间辅助用房根据工艺流程,沿冲压车间周边 布置,这些功能区布置可使各区域间保持最短的联系通道, 能生产工艺顺畅并减少物流长度和公用管线的长度,有利于 减少能耗、提高效率。冲压车间为全钢结构的单层厂房,考 虑到跨跨之间的模具运输及设备维修时所需的压机大件运 输要求,冲压车间的柱距12m,跨度为30+30m;
根据工艺要求,每跨选用2台中级工作制(A5)的50t行车,行车轨顶标 高为13.80m;
根据所选行车的高度确定出冲压车间屋面梁底 高度约为18.00m。下面介绍冲压车间钢结构厂房的设计。

三、冲压车间平面布置方案选择 1.平面布置方案的选择 冲压车间采用为排架结构,纵向通过设置柱间支撑形成 抗侧力体系,屋面设置屋面支撑形成空间整体结构。冲压车 间平面布置在满足工艺使用要求的前提下,可考虑采用两种 设计方案。方案一:中间柱距为12米,边柱柱距为6米,跨 度为30+30米。12米柱距之间设置托梁,间距6米,墙面、屋 面檩条的跨度为6m。方案二:边柱、中间柱距为12米,跨度 为30+30米,墙面、屋面檩条的跨度为12m。

本工程的车间建筑面积较大,墙面和屋面围护结构的面 积较大,相应的围护结构的材料用量较大,同时由于工程建 于沈阳地区,屋面恒载、积雪荷载大,因此对冲压车间平面 布置方案进行探讨,对冲压车间的经济性研究是很有必要的。

墙面、屋面檩条的经济跨度一般为6~9米,方案一中檩条的 多数跨度为6米,计算出的檩条用钢量较小,通常薄壁檩条 便能满足设计要求,但主体结构增加了托梁和相应的钢架系 统,主钢架的用钢量增加。方案二中檩条的跨度为12m,当 荷载较大时檩条采用连续檩条已不能满足要求,而需采用型 钢檩条,檩条用钢量大大增加,但主钢架的用钢量相应减少。

通过比较试算,方案一的用钢量小,故选择了方案一。四、冲压车间的结构设计 1.屋面系统 1.1屋面构造 为了保证厂房内部的干净、简洁、美观,冲压车间 屋面结构采用双层压型钢板,中间通过附加檩条铺设150厚 的硬质岩棉保温层,屋面坡度为5%。双跨主厂房采用内天沟, 双面斜坡排水,从而有效的降低厂房的高度,降低车间能耗。

屋面檩条选用了Z型连续檩条,连续檩条相比简支檩条能极 大的降低檩条用钢量,但连续檩条对加工精度和安装提出了 较高的要求,应避免现场对檩条的扩孔。屋面檩条间距根据 压型钢板跨度确定,一般小于等于1.5m,在屋面高低跨处、 檩条边跨通过局部加密檩条间距满足积雪荷载或风荷载局 部增大的影响。檩条设置双层拉条,上侧拉条作为檩条在恒 载作用下檩条的上侧受压翼缘的侧向支点,下侧拉条作为檩 条在风吸力作用下受压侧翼缘的侧向支点,提高檩条在风荷 载作用下的整体稳定,降低檩条的用钢量。

1.2屋面钢梁 由于冲压车间屋面采用轻型板材,且屋面没有工艺吊载, 荷载较小,对于冲压车间的30m跨度,采用屋面实腹梁能满 足结构的计算要求。根据抗震规范[2],屋面钢梁受力是由 非地震组合控制,强度和稳定承载力能满足两倍多遇地震下 的要求(γGSGE+γEHSGE≤R/γRE),按现行钢结构设计 规范弹性设计阶段的板件宽厚比限值控制实腹梁的高厚比,从而减少结构用钢量,同时实腹梁屋面支撑系统简单,厂房 主体结构简洁、美观。

1.3屋面支撑系统 屋面支撑的主要作用是确保钢排架在安装和使用过程 中的整体稳定,提高结构的空间作用,减少屋面梁的平面外 计算长度。冲压车间柱距大,吊车吨位大、使用频率高,因 此在车间设计中应加强屋盖的整体刚度。屋面支撑采用双向 刚度较好的圆钢管;
在端跨、中间跨设置屋面横向支撑,同 时在托梁范围内设置屋面纵向支撑,车间纵横向屋面支撑形 成封闭的平面桁架;
为了加强车间屋面刚度,一改以往轻钢 结构通过屋面纵向檩条兼作纵向系杆的做法,而是在车间边 柱柱顶、屋脊的位置沿车间全长设置刚性系杆,在屋面支撑 节点处沿车间全长设置柔性系杆。

1.4主要连接节点 屋面梁与钢柱采用刚接,梁与柱、梁与梁节点通过端板 连接,连接构造简单,现场安装方便。在中间跨12m柱距范 围设置托梁,屋面梁搁置于托梁上方,屋面梁在托梁位置不 设置节点而是整根梁通过,确保了梁的连续性。为防止托梁 的下翼缘受压失稳,在屋架梁下设置垂直隅撑。

2.柱和吊车梁系统 2.1柱 冲压车间排架柱根据冲压车间的受力情况选用采用阶 形柱,上柱采用工字型实腹柱,下柱采用组合实腹柱。冲压车间下柱在排架平面外的计算长度较大,如采用平面外较弱 的工字钢用钢量将增大,往往钢柱平面外计算应力满足要求 后,平面内的强度有较大的富裕,而采用组合实腹柱平面内 和平面外的应力比相接近,更能充分发挥钢结构材料的强度, 同时组合实腹钢柱的截面较小,车间简洁美观。

冲压车间钢柱柱脚与基础刚接,采用插入式杯口基础, 钢柱在插入深度范围内加焊栓钉,加强柱与基础的连接。由 于平板式柱脚刚接锚栓系统在预埋地脚螺栓时定位容易误 差,振捣混凝土时易发生位置偏移,因此吊装钢柱时柱脚底 板往往需要现场扩孔。插入式基础钢柱的插入长度较大,但 柱脚刚接的可靠性较大,且安装方便。

2.2吊车梁系统 吊车梁系统由吊车梁、制动结构、辅助桁架和支撑(下 翼缘水平支撑和垂直支撑)组成。吊车梁按简支梁计算,采 用实腹型焊接工字型吊车梁。边柱吊车梁跨度为6m,采用直 线型工字钢,中柱柱距12m,采用鱼腹式吊车梁。吊车梁端 部为突缘式支撑,吊车梁端部与柱的连接以及梁与梁腰部的 连接等均采用高强螺栓连接。制动结构由吊车梁上翼缘、制 动板和辅助桁架组成。

2.3纵向支撑系统 为保证房屋的纵向稳定和空间刚度,沿冲压车间纵向设 置柱间支撑,下段柱为双片支撑,上柱为单片支撑。冲压车 间车间结构单元长度大于120m,为减少纵向结构的温度变形和附加应力,在结构单元中部三分之一区段内设置于设置下 柱支撑,两柱间支撑间距不大于60m,同时设置位置应避让工 艺的物流通道。上段柱的柱间支撑除在下段柱柱间支撑的柱 距间布置外,为传递端部山墙风荷载及地震作用和提高房屋 结构上部的纵向刚度,在车间端部设置上段柱柱间支撑。同 时柱间支撑位置应与屋面横向支撑设置位置一致,以便形成 稳定的空间体系。柱间支撑应根据承受端部山墙面传来的风 荷载、吊车梁纵向刹车力,温度应力、纵向地震作用进行计 算。车间利用柱间支撑位置设置吊车梁检修钢梯,满足了使 用要求,同时充分利用车间空间,确保车间整体美观。

3.墙架系统 3.1墙面结构 车间墙面系统做法与屋面系统一致。墙面结构采用 双层压型钢板,中间通过附加檩条铺设硬质岩棉保温层。轻 质压型钢板悬挂在墙架横梁上,并通过横梁把墙体的重量和 水平荷载传至厂房框架柱或墙架柱上。墙面檩条选用了Z型 连续檩条,并设置双层拉条,以保证檩条的在风吸力作用下 翼缘的稳定。

3.2 山墙立面墙架柱 车间两侧山墙面设置抗风柱,间距为10m。由于抗风柱 下设置基础,抗风柱采用下承式连接,抗风柱底部通过地脚 锚栓与基础铰接连接,上端设置长圆孔,支撑于屋面横向支 撑的节点上。抗风柱下承式连接方式允许抗风柱上下位移,只承受水平风恒载,但抗风柱上部长圆孔长度应与抗风柱的 位移相协调,同时抗风柱柱顶与屋面钢梁的连接位置应靠近 钢梁的上部,以便于水平荷载通过屋面系统传递。由于山墙 面较高、吊车吨位较大,为保证山墙面的刚度,在抗风柱之 间设置柱间支撑加强。抗风桁架设置于吊车梁上翼缘的标高 位置,作为抗风柱的水平支撑点,减少抗风柱的平面内计算 长度,同时可以兼作走道,与吊车梁顶部的纵向通道联通。

五、结语 本文从结构设计角度,对冲压车间结构设计过程中所涉 及的几个方面进行探讨。精心设计、多方案的比较是提高设 计质量的关键。希望能在今后设计该类型车间时起到参考作 用。

参考文献 1.汽车工厂冲压车间工程设计《制造工程设计》2010-3 2.建筑抗震设计规范 GB50011-2010

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