造船工业单层厂房屋盖结构形式的分析研究.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 造船工业单层厂房屋盖结构形式的分析研究 楼国山 (中国船舶工业第九设计研究院上海200063) 摘要：本文主要针对造船工业单层厂房屋盖结构形式中采用最多的平面梯形钢屋架屋盖结构形式；实腹式钢梁加托架的 屋盖结构形式：空间网架屋盖结构形式：单向锥形倒三角形截面管桁架屋盖结构形式等屋盖结构形式进行分析研究，并对 此四种屋盖结构形式的每平方米用钢量、造价等进行分析比较。 关键词：每平方米用钢量，造价，方案比较，挠度，网架结构，管桁架结构 一、造船工业单层厂房屋盖结构形式综述： 由于我国钢铁工业的发展，虽然钢材品种尚不够丰富，但钢产量已跃居世界第一。新建的造船工业 单层厂房中，如船体装焊车间，室内船台装焊车间，曲形分段装焊车间，平直分段装焊车间等，由于柱 距大，跨度大，吊车吨位重等诸多因素的影响，近年来几乎清一色均采用钢结构系统建造。对于这类车 间的屋盖结构，原先的钢屋架结构中，由于造船工艺需要，柱距采用12m，18m，24m等，甚至个别柱距 为30m，均需要增设托架结构，以便承托梯形钢屋架屋盖结构重量，因为此类结构均按平面系统设计， 为了保证屋盖结构形式在水平风载、吊车水平刹车力作用、地震水平力作用的屋盖体系的稳定及屋盖体 系的整体刚度，往往在车间平面的温度区段中的屋盖上下平面需要布置许多系杆、水平支撑和垂直支撑， 使其形成封闭系统，从而能有效地传递、协同上述荷载引起的屋盖变形和稳定。这类结构，众所周知， 在大跨度屋盖体系中用钢量相对来说，较为费钢。随着空间结构理论的发展，二十世纪90年代初期，网 架结构屋盖体系在造船工业单层厂房中开始应用，网架结构作为一种空间体系，由于空间理论相对于平 面体系计算理论较为先进，且构件设计是按满应力理念以及多数程序均能按网架自重最小重量为目标函 数进行优化设计，从而使不同跨度的网架结构屋盖用钢量较为合理。对于网架结构屋盖的优点，不少文 献均有论述： (1)网架结构屋盖，所有杆件均按空间结构体系工作，传力途径简捷，是一种较好的大柱网、大跨 度屋盖结构。 (2)网架结构屋盖，自重轻，经济指标好，有文献统计表明，与同等跨度的平面钢屋架相比，当跨 省的用钢量也越多。 (3)网架结构屋盖刚度大，抗震性能好。文献记载表明，1976年唐山大地震后，京津地区的大跨 度网架，如首都体育馆、天津二七俱乐部，北京国际俱乐部等网架屋盖，经震后复查，都未发现任何损 坏。 (4)网架结构屋盖，施工安装简便。网架杆件和节点比较单一、尺寸不大，储存、装卸、运输、拼 装都比较方便，网架安装可不需要大型起重设备。 (5)网架杆件和节点便于定型化、商品化，可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率。 (6)网架结构屋盖网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备。 (7)网架结构屋盖对于等高的多跨度厂房，如2跨40m厂房，屋盖可简化为双坡，不需要设置内天 沟，可免除由天沟引起的车间内排水地沟及内天沟渗漏水等缺陷。 采用网架结构作为屋盖的单层工业厂房，我国自二十世纪八十年代至今大约已建成800万平方米。 980 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨会 在造船工业单层厂房建设中，自九十年代初建成的江南造船厂西区装焊车间跨度为六十米，吊车吨位为 lOOt，至二十一世纪初沪东造船厂的装焊车间，跨度为七十米，吊车吨位为160t，屋盖结构形式均采用 了网架结构体系。 网架结构体系在单层工业厂房屋盖中的应用是一种较为成熟的、先进的屋盖结构形式，它更适应于 柱距大、跨度大、吊车吨位大的造船工业单层厂房中的屋盖体系。 在造船工业中的中、重型单层工业厂房中，近年来，采用实腹式钢梁加钢托架的屋盖设计亦有采用。 虽然整个屋盖比较简洁，但用钢量却比较大，制造费用亦比较贵。 单向锥形倒三角形截面管桁架屋盖结构(以下简称为管桁架结构)，在造船工业单层厂房中应用是在 二十世纪末，二十一世纪初在中远川崎南通船厂船体装焊车间中应用。我院是较早的从民用的会展中心、 候机厅等屋盖结构中，通过节点试验，移植、引进到单层工业厂房屋盖结构中。初期的应用是成功的， 由于采用了焊接球节点，使管桁架的节点刚域加大，从而使管桁架