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摘要：在转炉炼钢厂房设计体系中，屋面系统极为重要。在厂房结构中，此种结构安全度较低，易发事故，所以屋面系统设计是否合理就尤为关键。本文结合某炼钢厂案例，对于炼钢工业厂房屋面设计进行了解析，以期能为所需者提供借鉴。
关键词：炼钢工业厂房；屋面；设计
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
某钢铁公司45t转炉炼钢工程中，炼钢厂房特点：厂房吊车多为重级工作制的大吨位吊车；屋面积灰荷载大；屋面管道荷载复杂，荷载大；局部屋面系统与高层框架连接处屋架上设钢平台；吊车梁轨面标高较高，使得屋面檐口标高较高，因而屋面风载较大。这些特点都让炼钢车间屋面系统受力复杂。公司转炉炼钢工程炼钢车间，由出坯跨（A—B）、浇铸跨（B—C）、钢水接收跨（C—D）、转炉跨（D—E）、加料跨（E—F）所组成。出坯跨（A—B）跨度 30m，轨面标高10.000m。
一、选定结构方案
屋架结构体系有檩及无檩两方案。有檩体系构件轻、用料省、运输安装轻便，但其屋盖构件量多、构造复杂、屋盖横向整体刚度差。此项工程使用的是檩屋盖。
确定屋架形式
选择屋架形式与天窗形式、屋面坡度、经济指标、与柱子连接方式及运输、施工等因素有关。此工程屋面坡1/10，横向天窗，用单坡梯形钢屋架。
确定檩条形式
檩条首先选用实腹构件，檩距及跨度较大也可用空腹式或格构式构件。檩条设计成单跨简支构件，实腹式檩条设计成连续构件。工程跨度6米，屋面维护用压型钢板，采用实腹式檩条，制作、维护方便。
二、结构方案的设计要点和计算方法
1、布置支撑
布置支撑须综合考虑厂房柱网布置、厂房跨度和高度、屋面材料、屋盖结构形式、屋架间距、吊车起重量及其工作制、有无悬挂起重运输设备或其它振动设备、地震设防烈度等具体情况。
2.1.1 屋架横向支撑
工程1～7轴长 36 米，19～29轴长 60米，且设检修吊车电葫芦，除结构单元两端设横向支撑外，还设检修吊车电葫芦的两侧跨间设横向支撑。7～19轴长126 米的这个结构单元内除将横向支撑设置在两端外，还应在中部增设一道横向支撑。
2.1.2 屋架纵向支撑
屋架纵向支撑设在传递排架横梁支座反力的平面内，与横向支撑组成封闭型支撑框架，增强厂房骨架空间刚度。工程A～B跨，B～C跨，C～D跨，E～F跨两端均设一道纵向支撑。
2.1.3 屋架垂直支撑及系杆
由于本工程在屋架端部设有托架，可兼作垂直支撑。根据屋架垂直支撑布置原则，因为屋架跨度小于30 米，所以仅需在跨度中央设置一道垂直支撑。为保证温度区段内所有屋架受压弦杆在安装和使用阶段的稳定或减少受拉弦杆的长细比，应在厂房两端屋架横向支撑桁架节点间沿纵向设置通长的水平系杆。
2.1.4 支撑杆件的设计
支撑杆件一般按长细比选择截面，压杆的容许长细比为200，有重级工作制吊车的厂房拉杆的容许长细比为350，其余情况拉杆的容许长细比为400。交叉斜杆和柔性系杆按拉杆考虑，非交叉斜杆和横杆以及刚性系杆按压杆考虑。当支撑桁架跨度较大、风载较大或承受地震力以及做弹性支承时，尚应计算其内力。
檩条的设计
檩条间距为 1.5 米左右。在选用檩条断面时，应考虑天沟的高度，使檩条高大于或等于天沟高，无需过多采取构造措施，排水就很通畅。
檩条一般垂直于屋顶坡面放置，此时，檩条承受双向弯曲其竖向荷载的坡向分力，在计算檩条时应完全计入。檩条下的隅撑垂直于水平面，给檩条提供双向支承，根据檩条的受力简图，分别计算出Mx，My，按以下三个方面进行截面的校核。
2.2.1强度计算
2.2.2整体稳定
屋架的设计
屋架的形式在按工艺和建筑要求初步选取后，尚应综合考虑天窗、檩条、屋盖支撑、荷载情况以及和柱的连接等因素。本工程荷载较大，跨度较大，取屋架端部高度为 2 米。
2.3.1 计算原则
本工程弦杆采用轧制型钢，其在桁架平面内的杆件截面高度与几何长度之比大于1/10，故应考虑屋架变位后节点刚性所产生的次应力，可将弦杆的计算应力乘1.15 的系数来考虑节点次弯矩的影响。屋架中所有杆件的轴线都在同一平面内，并且各杆件的轴线在节点处交于同一点。作用在屋架上的悬挂吊车的竖向荷载不考虑动力系数，其产生的水平荷载计算屋架时不予考虑。
2.3.2 屋架计算的荷载组合
屋架计算的荷载组合与屋架同柱的连接方式有关。①与柱铰接的屋架在荷载设计值作用下，按下列情况计算杆件内力组合：a 全跨荷载设计值：永久荷载 + 屋面活荷载或雪荷载 + 积灰荷载 + 悬挂吊车荷载。b 半跨荷载设计值：全跨永久荷载+ 半跨屋面活荷载或雪荷载 + 半跨积灰荷载 + 悬挂吊车荷载。c 柱顶水平力与上二项进行组合。②与柱刚接的屋架在荷载设计值作用下，除按上列情况计算杆件内力外，还应考虑作用于屋架端部的水平力。端弯矩 M 可用一对力偶 H=M/h0 来代替，它与水平力的组合分成如下三组：a 左端为 - M1max 和 - H，右端为 - M2 和 - H；b左端为 +M1max 和 +H，右端为 +M2 和 +H；c 一端为±Mmax，另一端为 +M。
2.3.3 屋架的内力计算（略）
2.3.4 杆件的计算长度和容许长细比（略）
2.3.5 杆件的截面形式的確定
本工程受压弦杆的平面外和平面内的计算长度相等，采用长边相连的不等边角钢。受拉弦杆本宜采用短边相连的不等边角钢或等边角钢，以重量最轻为原则。支座受压斜杆采用长边相的不等边角钢或等边角钢，以重量最轻为原则。连接垂直支撑的杆件宜采用等边角钢组成的十字形截面。其它腹杆一般采用等边角钢组成的 T形截面。
三、节点设计原则和计算
只讨论屋架端节点设计，屋架与柱连接有铰接和刚接两种，下面分别讨论这两种支承节点方式。
屋架的铰接支承方式
支座节点处加劲板应对称设置，厚≦节点板厚度，加劲板厚中心线位于各杆件合力重合。支座节点计算，包括底板面积及厚度、节点板与加劲板的竖焊缝以及加劲板、加劲板的水平焊缝三个部分。
3.1.1底板面积及厚度
底板面积按下式计算：
底板的厚度按均布荷载下抗弯强度计算：
支座底板的厚度计算：
3.1.2 加劲肋与节点板的连接焊缝
加劲肋的厚度≦节点板厚，通常假定一个加劲肋传递支座反力1/4。
2、屋架的刚接支承方式
全钢结构房屋中，柱与屋架连接有时设计成刚性连接，在此时支座节点不仅承受屋架竖向支座反力，还承受屋架作为框架横梁的弯矩和水平力。为使节点板不至过大，屋架弦杆和斜腹杆轴线一般汇于柱内缘。
四、结论
刚接支承通常是安装焊缝加支托的刚接支座节点，用普通C级螺栓加承力支托的刚性支座节点及利用柱顶设置切口台阶形成上承式屋架的刚性连接三种支承方式。利用柱顶设置切口台阶形成上承式屋架的刚性连接的这种支承形式适用于柱截面高度较大的场合。
参考文献：
[1] 席翔.门式刚架-单层工业厂房结构特点与应用范围研究[J].商品与质量.2011(S2).
[2] 方坤.工业厂房混凝土结构裂缝产生的原因和预防措施[J].现代经济信息.2010(06).
[3] 卓发斌.浅谈门式刚架轻钢厂房结构设计的几个问题[J].中国高新技术企业.2008(15).
[4] 韦改峰.某工业厂房可靠性检测鉴定与加固维修[J].科技创新导报.2010(07).
关键词：炼钢工业厂房；屋面；设计
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
某钢铁公司45t转炉炼钢工程中，炼钢厂房特点：厂房吊车多为重级工作制的大吨位吊车；屋面积灰荷载大；屋面管道荷载复杂，荷载大；局部屋面系统与高层框架连接处屋架上设钢平台；吊车梁轨面标高较高，使得屋面檐口标高较高，因而屋面风载较大。这些特点都让炼钢车间屋面系统受力复杂。公司转炉炼钢工程炼钢车间，由出坯跨（A—B）、浇铸跨（B—C）、钢水接收跨（C—D）、转炉跨（D—E）、加料跨（E—F）所组成。出坯跨（A—B）跨度 30m，轨面标高10.000m。
一、选定结构方案
屋架结构体系有檩及无檩两方案。有檩体系构件轻、用料省、运输安装轻便，但其屋盖构件量多、构造复杂、屋盖横向整体刚度差。此项工程使用的是檩屋盖。
确定屋架形式
选择屋架形式与天窗形式、屋面坡度、经济指标、与柱子连接方式及运输、施工等因素有关。此工程屋面坡1/10，横向天窗，用单坡梯形钢屋架。
确定檩条形式
檩条首先选用实腹构件，檩距及跨度较大也可用空腹式或格构式构件。檩条设计成单跨简支构件，实腹式檩条设计成连续构件。工程跨度6米，屋面维护用压型钢板，采用实腹式檩条，制作、维护方便。
二、结构方案的设计要点和计算方法
1、布置支撑
布置支撑须综合考虑厂房柱网布置、厂房跨度和高度、屋面材料、屋盖结构形式、屋架间距、吊车起重量及其工作制、有无悬挂起重运输设备或其它振动设备、地震设防烈度等具体情况。
2.1.1 屋架横向支撑
工程1～7轴长 36 米，19～29轴长 60米，且设检修吊车电葫芦，除结构单元两端设横向支撑外，还设检修吊车电葫芦的两侧跨间设横向支撑。7～19轴长126 米的这个结构单元内除将横向支撑设置在两端外，还应在中部增设一道横向支撑。
2.1.2 屋架纵向支撑
屋架纵向支撑设在传递排架横梁支座反力的平面内，与横向支撑组成封闭型支撑框架，增强厂房骨架空间刚度。工程A～B跨，B～C跨，C～D跨，E～F跨两端均设一道纵向支撑。
2.1.3 屋架垂直支撑及系杆
由于本工程在屋架端部设有托架，可兼作垂直支撑。根据屋架垂直支撑布置原则，因为屋架跨度小于30 米，所以仅需在跨度中央设置一道垂直支撑。为保证温度区段内所有屋架受压弦杆在安装和使用阶段的稳定或减少受拉弦杆的长细比，应在厂房两端屋架横向支撑桁架节点间沿纵向设置通长的水平系杆。
2.1.4 支撑杆件的设计
支撑杆件一般按长细比选择截面，压杆的容许长细比为200，有重级工作制吊车的厂房拉杆的容许长细比为350，其余情况拉杆的容许长细比为400。交叉斜杆和柔性系杆按拉杆考虑，非交叉斜杆和横杆以及刚性系杆按压杆考虑。当支撑桁架跨度较大、风载较大或承受地震力以及做弹性支承时，尚应计算其内力。
檩条的设计
檩条间距为 1.5 米左右。在选用檩条断面时，应考虑天沟的高度，使檩条高大于或等于天沟高，无需过多采取构造措施，排水就很通畅。
檩条一般垂直于屋顶坡面放置，此时，檩条承受双向弯曲其竖向荷载的坡向分力，在计算檩条时应完全计入。檩条下的隅撑垂直于水平面，给檩条提供双向支承，根据檩条的受力简图，分别计算出Mx，My，按以下三个方面进行截面的校核。
2.2.1强度计算
2.2.2整体稳定
屋架的设计
屋架的形式在按工艺和建筑要求初步选取后，尚应综合考虑天窗、檩条、屋盖支撑、荷载情况以及和柱的连接等因素。本工程荷载较大，跨度较大，取屋架端部高度为 2 米。
2.3.1 计算原则
本工程弦杆采用轧制型钢，其在桁架平面内的杆件截面高度与几何长度之比大于1/10，故应考虑屋架变位后节点刚性所产生的次应力，可将弦杆的计算应力乘1.15 的系数来考虑节点次弯矩的影响。屋架中所有杆件的轴线都在同一平面内，并且各杆件的轴线在节点处交于同一点。作用在屋架上的悬挂吊车的竖向荷载不考虑动力系数，其产生的水平荷载计算屋架时不予考虑。
2.3.2 屋架计算的荷载组合
屋架计算的荷载组合与屋架同柱的连接方式有关。①与柱铰接的屋架在荷载设计值作用下，按下列情况计算杆件内力组合：a 全跨荷载设计值：永久荷载 + 屋面活荷载或雪荷载 + 积灰荷载 + 悬挂吊车荷载。b 半跨荷载设计值：全跨永久荷载+ 半跨屋面活荷载或雪荷载 + 半跨积灰荷载 + 悬挂吊车荷载。c 柱顶水平力与上二项进行组合。②与柱刚接的屋架在荷载设计值作用下，除按上列情况计算杆件内力外，还应考虑作用于屋架端部的水平力。端弯矩 M 可用一对力偶 H=M/h0 来代替，它与水平力的组合分成如下三组：a 左端为 - M1max 和 - H，右端为 - M2 和 - H；b左端为 +M1max 和 +H，右端为 +M2 和 +H；c 一端为±Mmax，另一端为 +M。
2.3.3 屋架的内力计算（略）
2.3.4 杆件的计算长度和容许长细比（略）
2.3.5 杆件的截面形式的確定
本工程受压弦杆的平面外和平面内的计算长度相等，采用长边相连的不等边角钢。受拉弦杆本宜采用短边相连的不等边角钢或等边角钢，以重量最轻为原则。支座受压斜杆采用长边相的不等边角钢或等边角钢，以重量最轻为原则。连接垂直支撑的杆件宜采用等边角钢组成的十字形截面。其它腹杆一般采用等边角钢组成的 T形截面。
三、节点设计原则和计算
只讨论屋架端节点设计，屋架与柱连接有铰接和刚接两种，下面分别讨论这两种支承节点方式。
屋架的铰接支承方式
支座节点处加劲板应对称设置，厚≦节点板厚度，加劲板厚中心线位于各杆件合力重合。支座节点计算，包括底板面积及厚度、节点板与加劲板的竖焊缝以及加劲板、加劲板的水平焊缝三个部分。
3.1.1底板面积及厚度
底板面积按下式计算：
底板的厚度按均布荷载下抗弯强度计算：
支座底板的厚度计算：
3.1.2 加劲肋与节点板的连接焊缝
加劲肋的厚度≦节点板厚，通常假定一个加劲肋传递支座反力1/4。
2、屋架的刚接支承方式
全钢结构房屋中，柱与屋架连接有时设计成刚性连接，在此时支座节点不仅承受屋架竖向支座反力，还承受屋架作为框架横梁的弯矩和水平力。为使节点板不至过大，屋架弦杆和斜腹杆轴线一般汇于柱内缘。
四、结论
刚接支承通常是安装焊缝加支托的刚接支座节点，用普通C级螺栓加承力支托的刚性支座节点及利用柱顶设置切口台阶形成上承式屋架的刚性连接三种支承方式。利用柱顶设置切口台阶形成上承式屋架的刚性连接的这种支承形式适用于柱截面高度较大的场合。
参考文献：
[1] 席翔.门式刚架-单层工业厂房结构特点与应用范围研究[J].商品与质量.2011(S2).
[2] 方坤.工业厂房混凝土结构裂缝产生的原因和预防措施[J].现代经济信息.2010(06).
[3] 卓发斌.浅谈门式刚架轻钢厂房结构设计的几个问题[J].中国高新技术企业.2008(15).
[4] 韦改峰.某工业厂房可靠性检测鉴定与加固维修[J].科技创新导报.2010(07).