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摘要：以实际工程为例，介绍钢管在单层工业厂房各系统中的应用，简述计算与设计方法。
关键词：工业厂房；结构设计；钢管
中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
1、引言
钢管结构具有剪心、形心重合，抗扭性能好，抗弯刚度较大，组成的结构外形美观等优点。随着轧制技术和制造加工工艺的发展，钢管的截面形式越来越丰富，材料力学性能越来越好，从经济性和美观方面为工程设计人员提供了更好的选择。本文以实际工程为例，介绍钢管在单层工业厂房各系统中应用。
2、钢管在厂房柱子系统中的应用
在单层工业厂房的排架、刚架系统中，下柱多采用钢管混凝土柱。根据厂房结构形式、高度、吊车吨位和工作制级别等不同情况，分别采用两肢钢管混凝土柱、四肢钢管混凝土柱等组合形式。
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的组合构件，按截面形式的不同，分为圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土。它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互间的组合作用，充分发挥两种材料的优点，不仅使混凝土的塑性和韧性性能大为改善，而且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而使钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好、经济效果好和施工方便等优点。
中国工程建设标准化协会标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS 28∶90)对钢管混凝土构件要求如下：
钢管外径不宜小于100mm ，壁厚不宜小于4mm ；
钢管外径与璧厚之比值d/t，宜限制在20到85之间，fy为钢材屈服强度；
套箍指标θ宜限制在0.3到3之间；
格构柱长细比不宜超过80。
以中部某省热轧棒材厂房为例，该车间为四跨单层排架结构厂房。两个边跨为成品跨，跨度27m，两台10t+10t电磁挂梁桥式起重机，工作制级别A7，轨面标高10m ；两个中间跨为主轧跨，跨度24m，两台20t吊钩桥式起重机，工作制级别A5，轨面标高14.4 m 。采用中国建筑科学研究院PKPM软件中钢结构框排架模块整体建模计算，再按《混凝土结构构造手册》（中国建筑工业出版社）和《钢结构设计手册》（中国建筑工业出版社）相关内容计算插入深度、钢管连接节点和肩梁等。边跨柱如右上图所示，下柱为两肢钢管混凝土柱，插入式柱脚，钢管直径426mm，壁厚7mm,C30混凝土。斜缀条钢管直径180，壁厚6mm。和普通实腹式钢格构柱相比，用钢量可节省约30%。
本工程采用泵送顶升浇灌法，在钢管接近地面的适当位置安装一个带闸门的进料支管，直接与泵车的输送管相连，由泵车将混凝土连续不断地自下而上灌入钢管，无需振捣。钢管内的混凝土浇灌工作，宜连续进行。当混凝土浇灌到钢管顶端时，可以使混凝土稍为溢出后再将留有排气孔的封顶板紧压在管端，随即进行点焊，待混凝土强度达到设计值的50%后，再将封顶板按设计要求进行补焊。
3、钢管在厂房吊车梁系统中的应用
吊车梁系统辅助桁架采用矩形钢管桁架。与普通型钢桁架相比，钢管桁架结构主要具有以下优点：
1) 钢管刚度大，几何特性好。钢管的截面惯性矩、回转半径等截面特性均比等截面面积的普通型钢或型钢组合截面构件的大，抗扭和抗压受力性能好。
2) 经济性好。钢管桁架构件间采用直接焊接，无节点板，杆件直接传力，提高了桁架的受力性能。
3) 节点形式简单，结构外形简洁、流畅。
进行桁架的内力分析时，若符合各类节点相应的几何参数的适用范围，且在桁架平面内杆件间的节间长度或杆件长度与截面高度（或直径）之比不小于12（主管）和24（支管），杆件节点可视为铰接。但是杆件中心线汇交点的偏心e产生的弯矩在进行杆件截面设计时必须加以考虑，通常只根据节点两侧的弦杆相对刚度在弦杆上分配。钢管桁架构造要求、杆件和节点承载力计算见《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)第10章。
以第1节所述棒材车间为例，柱距为12m的边跨辅助桁架（局部）如右上图所示，承受吊车梁走道荷载和墙皮重量，上弦杆采用矩形管150×100×6，下弦杆采用方管100×5，腹杆采用方管90×5和60×5。和组合角钢辅助桁架相比，用钢量可节省约20%。
4、钢管在厂房屋盖系统中的应用
常见钢屋架采用矩形钢管、圆管桁架。标准图集《轻型屋面梯形钢屋架（圆钢管、方钢管）》(06SG515-1)，对屋面材料为压型钢板、夹芯板、发泡水泥复合板的15-30m跨度的轻型屋面梯形钢屋架的构造、计算、制作、运输和安装给出了详细说明和图例。
以第1节所述棒材车间为例，该工程考虑到现场施工条件等因素，对纯矩形钢管、圆管桁架未予以考虑，而是采用了T型钢和钢管的组合桁架，即上、下弦杆采用T型钢，腹杆采用钢管。该形式组合桁架节点计算简单，构造要求少，施工条件简单，精度要求低，用钢量相对节省。
5、结语
为更好的体现钢管的经济性，厂房结构中多采用薄壁钢管，设计中应更加注意节点和焊缝的构造与计算，制作安装过程应严格监控。
参考文献：
[1]董石麟。空间结构。中国计划出版社，2003。
[2]汪一骏等。钢结构设计手册。中国建筑工业出版社，2004。
[3]王文栋等。混凝土结构设计手册。中国建筑工业出版社，2003。
[4]GB50017—2003，建筑钢结构设计规范[P]。
[5]CECS 28∶90 ,钢管混凝土结构设计与施工规程[S]。
作者簡介：贾凯（1983-）,男，工程师，主要从事工程设计工作。
关键词：工业厂房；结构设计；钢管
中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
1、引言
钢管结构具有剪心、形心重合，抗扭性能好，抗弯刚度较大，组成的结构外形美观等优点。随着轧制技术和制造加工工艺的发展，钢管的截面形式越来越丰富，材料力学性能越来越好，从经济性和美观方面为工程设计人员提供了更好的选择。本文以实际工程为例，介绍钢管在单层工业厂房各系统中应用。
2、钢管在厂房柱子系统中的应用
在单层工业厂房的排架、刚架系统中，下柱多采用钢管混凝土柱。根据厂房结构形式、高度、吊车吨位和工作制级别等不同情况，分别采用两肢钢管混凝土柱、四肢钢管混凝土柱等组合形式。
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的组合构件，按截面形式的不同，分为圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土。它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互间的组合作用，充分发挥两种材料的优点，不仅使混凝土的塑性和韧性性能大为改善，而且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而使钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好、经济效果好和施工方便等优点。
中国工程建设标准化协会标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS 28∶90)对钢管混凝土构件要求如下：
钢管外径不宜小于100mm ，壁厚不宜小于4mm ；
钢管外径与璧厚之比值d/t，宜限制在20到85之间，fy为钢材屈服强度；
套箍指标θ宜限制在0.3到3之间；
格构柱长细比不宜超过80。
以中部某省热轧棒材厂房为例，该车间为四跨单层排架结构厂房。两个边跨为成品跨，跨度27m，两台10t+10t电磁挂梁桥式起重机，工作制级别A7，轨面标高10m ；两个中间跨为主轧跨，跨度24m，两台20t吊钩桥式起重机，工作制级别A5，轨面标高14.4 m 。采用中国建筑科学研究院PKPM软件中钢结构框排架模块整体建模计算，再按《混凝土结构构造手册》（中国建筑工业出版社）和《钢结构设计手册》（中国建筑工业出版社）相关内容计算插入深度、钢管连接节点和肩梁等。边跨柱如右上图所示，下柱为两肢钢管混凝土柱，插入式柱脚，钢管直径426mm，壁厚7mm,C30混凝土。斜缀条钢管直径180，壁厚6mm。和普通实腹式钢格构柱相比，用钢量可节省约30%。
本工程采用泵送顶升浇灌法，在钢管接近地面的适当位置安装一个带闸门的进料支管，直接与泵车的输送管相连，由泵车将混凝土连续不断地自下而上灌入钢管，无需振捣。钢管内的混凝土浇灌工作，宜连续进行。当混凝土浇灌到钢管顶端时，可以使混凝土稍为溢出后再将留有排气孔的封顶板紧压在管端，随即进行点焊，待混凝土强度达到设计值的50%后，再将封顶板按设计要求进行补焊。
3、钢管在厂房吊车梁系统中的应用
吊车梁系统辅助桁架采用矩形钢管桁架。与普通型钢桁架相比，钢管桁架结构主要具有以下优点：
1) 钢管刚度大，几何特性好。钢管的截面惯性矩、回转半径等截面特性均比等截面面积的普通型钢或型钢组合截面构件的大，抗扭和抗压受力性能好。
2) 经济性好。钢管桁架构件间采用直接焊接，无节点板，杆件直接传力，提高了桁架的受力性能。
3) 节点形式简单，结构外形简洁、流畅。
进行桁架的内力分析时，若符合各类节点相应的几何参数的适用范围，且在桁架平面内杆件间的节间长度或杆件长度与截面高度（或直径）之比不小于12（主管）和24（支管），杆件节点可视为铰接。但是杆件中心线汇交点的偏心e产生的弯矩在进行杆件截面设计时必须加以考虑，通常只根据节点两侧的弦杆相对刚度在弦杆上分配。钢管桁架构造要求、杆件和节点承载力计算见《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)第10章。
以第1节所述棒材车间为例，柱距为12m的边跨辅助桁架（局部）如右上图所示，承受吊车梁走道荷载和墙皮重量，上弦杆采用矩形管150×100×6，下弦杆采用方管100×5，腹杆采用方管90×5和60×5。和组合角钢辅助桁架相比，用钢量可节省约20%。
4、钢管在厂房屋盖系统中的应用
常见钢屋架采用矩形钢管、圆管桁架。标准图集《轻型屋面梯形钢屋架（圆钢管、方钢管）》(06SG515-1)，对屋面材料为压型钢板、夹芯板、发泡水泥复合板的15-30m跨度的轻型屋面梯形钢屋架的构造、计算、制作、运输和安装给出了详细说明和图例。
以第1节所述棒材车间为例，该工程考虑到现场施工条件等因素，对纯矩形钢管、圆管桁架未予以考虑，而是采用了T型钢和钢管的组合桁架，即上、下弦杆采用T型钢，腹杆采用钢管。该形式组合桁架节点计算简单，构造要求少，施工条件简单，精度要求低，用钢量相对节省。
5、结语
为更好的体现钢管的经济性，厂房结构中多采用薄壁钢管，设计中应更加注意节点和焊缝的构造与计算，制作安装过程应严格监控。
参考文献：
[1]董石麟。空间结构。中国计划出版社，2003。
[2]汪一骏等。钢结构设计手册。中国建筑工业出版社，2004。
[3]王文栋等。混凝土结构设计手册。中国建筑工业出版社，2003。
[4]GB50017—2003，建筑钢结构设计规范[P]。
[5]CECS 28∶90 ,钢管混凝土结构设计与施工规程[S]。
作者簡介：贾凯（1983-）,男，工程师，主要从事工程设计工作。