馬國強
中鐵十五局集團有限公司(471 01 3)
近年來,在藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范的改造過程中,輕鋼結構廠房在醫(yī)藥行業(yè)得到了廣泛的應用。由于生產(chǎn)工藝要求,醫(yī)藥潔凈車間內(nèi)普遍存在大量的鋼平臺(如提取、合成車間),使得鋼平臺的設計問題也凸現(xiàn)出來。同時,結構設計人員對于這類鋼平臺的關注又甚少。一方面是這類平臺面積較小、構造麻煩、造價低,設計人員不愿投入過多精力;另一方面,一部分設備平臺由設備生產(chǎn)廠家配套提供。但廠家提供的設備配套平臺往往是由機械人員進行設計的,他們對建筑行業(yè)和醫(yī)藥潔凈特殊性要求了解不多,以至于對凈化工程和后期維護帶來較多問題。
鋼平臺的種類較多,潔凈車間中常用鋼平臺有附著式和獨立式兩種形式,而獨立式鋼平臺便于安裝和更新設備,應用更加廣泛,受力也比較簡單。
通過對醫(yī)藥潔凈車間鋼平臺結構設計和構造等方面問題的介紹,使相關設計人員在具體設計過程中,更合理、經(jīng)濟和有針對性地設計鋼平臺具有一定的參考意義。
鋼平臺的結構組成:通常由鋪板、主次梁、柱、柱間支撐,以及梯子、欄桿等組成。
鋼平臺平面布置主要是鋼柱:1)滿足工藝生產(chǎn)操作要求。2)保證通行操作安全。3)充分利用鋪板的允許跨距合理布置梁格。4)盡量均勻對稱的布置。此外,對于鋼平臺設備荷載較大時(如設備支撐點荷載大于10 KN/m)應在該處設支承鋼梁。
實際設計中,應充分利用花紋鋼板允許跨度來布置梁格。平臺梁格有三種類型,如圖1所示。
1)單向梁格:僅有一個方向的梁,適用于設備布置相對規(guī)則的平臺;梁格宜沿長跨布置,以求得經(jīng)濟實用。
2)雙向梁格:有兩種不同體系的梁,即主梁和小梁。小梁平行于較小邊布置,多數(shù)平臺采用這種布置形式。
3)復式梁格:有三種體系的梁,即主梁、次梁和小梁。一般應盡量采用較為簡單的梁格。
當鋼平臺長度小于40 m時可在平臺柱列中間附近設一道交叉柱間支撐,當平臺上有較大的動荷載時,除設水平支撐和橫梁外,尚應在柱列的對應位置增設一道柱間支撐,使整個平臺成為穩(wěn)定體系,如果受工藝條件限制,無法布置交叉支撐,也可以采用梁柱剛結式或設連續(xù)隅撐,解決鋼架平面外穩(wěn)定問題。
1)恒荷載。包括結構自重、工藝設備荷載等。花紋鋼板平臺結構自重一般按0.5 KN/m2,工藝設備荷載一般由相應專業(yè)提供。對于一般機械動力設備,其動力影響可采用設備荷載乘以動力系數(shù)1.1 ~1.2的方法考慮,也可由相應專業(yè)確定。
2)活荷載。主要是人工操作荷載,一般鋼平臺可按2.0 KN/m2考慮。檢修和安裝時的堆料活荷載可根據(jù)實際情況考慮,一般由相關專業(yè)提供,工作平臺上的等效均布活荷載可按《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009-2001)第4.2.1條確定;當為雙向板時也可參考《工業(yè)建筑雙向板樓面等效均布活荷載的確定方法》中的做法進行計算。在計算過程中,需要引起特別注意的是 《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009-2001)第4.2.3條的規(guī)定:在任何情況下,組合值和頻遇值系數(shù)不應小于0.7,準永值系數(shù)不應小于0.6。
3)對于車間外的附屬平臺尚應考慮風荷載、雪荷載、積灰荷載的作用。但應注意人工操作荷載不與雪荷載同時考慮,僅取其中較大值進行計算。
4)抗震設防區(qū)應考慮地震作用。
5)單層平臺或多層平臺的樓蓋底部帶有懸掛吊車或電葫蘆時,尚應懸掛荷載。一般吊車荷載及參數(shù)由吊車生產(chǎn)廠家提供。
6)平臺欄桿的頂部水平荷載。一般不宜小于1.0 KN/m。
7)無特殊要求時,通行平臺按2.0 KN/m2等效均布荷載設計。梯間平臺按3.5 KN/m2等效均布荷載設計。檢修平臺一般按4.0 KN/m2等效均布荷載設計。
鋼平臺一般結構計算簡單,一般按彈性計算,不考慮塑性變形,其主要計算內(nèi)容有:
1)鋪板、梁、柱的強度和內(nèi)力,對于直接承受動力荷載的平臺梁及其連接,尚應滿足疲勞強度的要求。應按《鋼結構設計規(guī)范》的相關規(guī)定進行計算,也可參考《鋼結構設計手冊》的相關內(nèi)容。
2)設置支撐系統(tǒng)后,鋼平臺穩(wěn)定性一般能滿足要求,不需專門驗算。鋪板應密鋪在梁受壓翼緣上,并與其牢固相連,阻止受壓翼緣平面外失穩(wěn)。
3)剛度驗算
①平臺柱長細比不應超過150;②平臺梁的撓度不應大于L/250;平臺板的撓度不大于L/150;③對于室內(nèi)鋼平臺,柱頂位移限值可取H/150。
1)平臺柱一般宜設計成等截面柱。常用鋼管、成品H型鋼等實腹式柱。必要時,也可設計成用兩個槽鋼組成的組合式柱。柱腳底板的厚度按柱基礎對底板的反力所產(chǎn)生的彎矩計算確定,但不得小于柱肢的最小厚度及10 mm。獨立鋼平臺結構的穩(wěn)定一般由柱間支撐保證,支撐不宜采用角鋼組合截面,并宜布置在柱列的中部。
2)平臺梁一般宜設計成等截面H型鋼、工字鋼或槽鋼,僅當局部高度受限時才設計成變截面梁。次梁與主梁最簡單的連接方法是疊接。但疊接所需的建筑凈空大,采用這種方法常會受到限制。因此,次梁與主梁的等高連接是普遍采用的方法。
梁柱及支撐宜采用閉口截面形式,減少外表面和死角。生產(chǎn)對空氣凈化等級要求比較高時,梁板可采用鋼板或不銹鋼吊頂封閉,柱可采用不銹鋼鋼皮包裹。
3)平臺鋪板宜采用鋼篦條式花紋平鋼板,尤其是鋪板通過連接或焊接與鋼梁共同工作最為有利。
4)設計鋼平臺的通行凈空高度不應小于1 900 mm,通行寬度不應小于700 mm。在平臺的周邊以及工藝生產(chǎn)要求不準通行的地方應設置防護欄桿,欄桿高度一般不應小于1 050 mm,對于較高的平臺,其欄桿高度不應小于1 200 mm。欄桿由立桿、頂部扶手,中部縱條以及踢腳板等組成,其主要部件宜采用圓鋼管,材料供應困難時,也可采用圓鋼。此外,由于角鋼表面積大凹角多,不宜清理干凈,故潔凈廠房中的鋼平臺不宜采用角鋼。
5)鋼梯是平臺的主要通行方式。一般潔凈廠房平臺采用斜梯。受條件限制的平臺不常上人操作也可設置直梯。轉向鋼梯因結構復雜,一般較少采用。鋼梯寬度一般采用600 ~700 mm,特殊條件下也可加寬至 900~1 200 mm。傾斜通常為 45 °~60 °。有空間時宜采用較小傾角。對于有防滑要求的鋼梯還應采用防滑踏步。
鋼平臺在醫(yī)藥潔凈車間內(nèi)應用廣泛,在結構工程量中占有一定的比重。因此,鋼平臺的合理設計顯得尤為重要。其設計除應滿足工藝要求外,還應注意結構布置、選型及用材等技術經(jīng)濟的合理性。通過對潔凈廠房鋼平臺設計的論述,使大家對這類鋼平臺的設計過程及注意事項有更多的認識,為類似工程鋼平臺的設計提供參考。
[1]GB50009-2001,建筑結構荷載設計規(guī)范[S].
[2]GB50017-2003,鋼結構設計規(guī)范[S].
[3]GB50457-2008,醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范[S].
[4]鋼結構設計手冊(第三版)[M].冶金工業(yè)出版社.
[5]工業(yè)建筑雙向板樓面等效均布活荷載的確定方法.