山西太谷24米跨焦炉煤棚拱形屋顶结构设计

山西太谷焦炉机测封闭项目采用24米跨无梁拱形屋顶结构，通过H500×200规格钢柱支撑，结合6mm厚度钢板天沟，形成高效的大跨度封闭空间。本项目严格按照GB50017钢结构设计标准、GB50018冷弯薄壁型钢结构规范、CECS167拱形波纹钢屋盖规程进行设计和施工。

项目基本信息

本项目为山西某某煤气有限公司焦炉机测封闭项目，主要技术参数为：

• 结构跨度：24.0m
• 结构长度：74.0m
• 檐口标高：14.720m
• 拱高：4.8m
• 最高点高度：19.52m
• 钢柱规格：H500×200
• 钢柱高度：14m
• 钢板天沟厚度：6mm
• 柱脚连接：刚接
• 基础形式：钢筋混凝土独立基础
• 建设地点：山西省晋中市太谷县

结构设计特点

支撑结构

本项目两侧均使用钢结构作为立柱支撑。钢柱采用H500×200规格，高度14米，通过刚接连接方式与拱形屋顶相连。在钢柱顶端安装6mm厚度的钢板天沟，拱形屋顶最高点高度为19.52米，直接安装在钢柱顶端的钢板天沟内侧，形成一体化的承重和排水系统。

防雷接地设计

基础短柱钢筋设计中，至少有一根钢筋下部与基础底部钢筋焊接，上部与锚栓焊接，作为防雷接地使用。这一设计确保了整个钢结构的防雷安全。

设计依据与技术标准

主要设计规范

本工程设计严格遵循以下国家现行标准：

• 建筑结构可靠性设计统一标准 GB50068-2018
• 建筑结构荷载规范 GB50009-2012
• 建筑抗震设计规范 GB50011-2010（2016年版）
• 建筑抗震设防分类标准 GB50223-2008
• 钢结构设计标准 GB50017-2017
• 混凝土结构设计规范 GB50010-2010（2015年版）
• 建筑地基基础设计规范 GB50007-2011
• 冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-2002
• 门式刚架轻型房屋钢结构技术规范 GB51022-2015
• 钢结构焊接规范 GB50661-2011
• 钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001
• 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204-2015
• 建筑地基基础工程施工质量验收标准 GB50202-2018
• 钢结构高强度螺栓连接技术规程 JGJ82-2011
• 建筑设计防火规范 GB50016-2014
• 钢结构防火涂料应用技术规范 CECS 24-90
• 钢结构工程施工规范 GB 50755-2012

地区设计条件

根据太谷县的地理位置和气候特征，本工程的主要设计条件为：

• 安全等级：二级
• 设计使用年限：50年
• 基本风压（50年一遇）：0.40kN/m²
• 标准冻深：0.94m
• 地面粗糙度：B类
• 抗震设防类别：标准设防类
• 抗震设防烈度：8度
• 设计基本加速度：0.20g
• 场地设计地震分组：第二组
• 场地类别：Ⅱ类
• 特征周期：0.40s

屋面荷载设计值

本项目屋面荷载设计标准值为：

• 基本雪压（100年）：0.40kN/m²
• 屋面恒载：0.35kN/m²
• 屋面活载：0.50kN/m²
• 施工检修荷载：1kN

钢材与连接材料

主体钢材

本工程主钢架采用Q345B钢材，其他如屋面系杆、檩条、地脚螺栓、支撑等钢材均采用Q235B，应符合以下标准：

• 碳素结构钢：GB/T 700-2006
• 低合金高强度结构钢：GB/T1591-2018
• 钢材屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85
• 钢材应具有明显的屈服台阶，伸长率不应小于20%
• 承重结构钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证
• 焊接承重结构钢材应具有碳含量的合格保证和冷弯试验的合格保证

连接材料

本工程采用不同等级的螺栓进行连接：

• 刚架构件间：采用10.9级摩擦型高强螺栓，摩擦面抗滑移系数为0.40
• 檩条与檩托、隅撑等次要连接：采用普通螺栓，符合GB5780规定
• 螺钉钻孔直径比螺栓直径大1.5~2.0mm
• 高强螺栓、螺母、垫圈采用GB699-88和GB/T1228~1231-2006规定的钢材

焊接材料

焊接材料应符合规范要求：

• 熔化焊用钢丝：GB/T14957-94
• 埋弧焊用焊丝和焊剂：GB/T5293-2018、GB/T12470-2018
• Q355与Q355钢焊接：采用E50型焊条
• Q235与Q235钢焊接：采用E43型焊条
• Q355与Q235钢焊接：采用E43型焊条

钢结构制作与加工

施工前准备

钢结构制作与加工需严格按以下步骤进行：

• 施工详图由承担制作的钢结构厂负责绘制，修改需向设计单位申报并获得同意
• 制作前编制详细的制作工艺
• 所有钢构件制作前均放1:1施工大样，复核无误后方可下料
• 翼缘板的接头位置应避开节点至少100mm
• 腹板接头位置与翼缘板的接头位置应错开不小于400mm

预拼装与加工要求

主结构构件制造完成后，应在制作单位进行预拼装。钢材加工前应进行校正，使之平整，以免影响制作精度。

焊接质量要求

焊接过程中应选择合理的焊接工艺及焊接顺序，以减小钢结构中产生的焊接应力和焊接变形：

• 组合H型钢的腹板与翼缘焊接采用自动埋弧焊机
• 四道连接焊缝均应双面满焊，不得单面焊接
• 焊接产生的变形应用机械或火焰矫正调直
• 焊缝质量等级：端板与柱、梁翼缘和腹板的连接焊缝为二级，其他为三级
• 二级焊缝应进行抽检，抽检比例不小于20%，合格等级应为GB11345 B级检验的Ⅲ级及以上

常见问题

为什么采用H500×200规格的钢柱？

H500×200规格的钢柱能够提供足够的抗弯刚度和承载能力，支撑24米跨的拱形屋顶。高度14米既能满足工艺空间需求，也能确保结构的整体稳定性和安全性。

6mm厚度的钢板天沟有什么作用？

6mm厚度的钢板天沟不仅提供了屋顶与支撑柱的连接，还承担了排水和承载部分屋面荷载的功能。这种设计确保了整个结构的一体化和防水效果。

为什么要进行防雷接地设计？

钢结构建筑容易被雷击，通过基础钢筋与锚栓的焊接，形成连贯的防雷通路，能够将雷电流安全导入地下，保护整个结构和设备安全。

材料、环境与防护

混凝土保护层

基础混凝土的环境类别为二(b)类，室内潮湿环境为二(a)类，其余为一类。混凝土保护层厚度应满足相应规范要求。

屋面压型钢板系统

屋面板采用自攻螺钉固定，螺钉应经镀锌处理，螺钉帽盖用尼龙头覆盖。固定屋面钢板的零配件应采用中性止水胶泥（硅胶）进行防水处理。

钢构件涂装防护

所有钢构件应附有质量证明书。钢材、连接材料、焊条、焊丝、焊剂及螺栓、涂料底漆、面漆均需合格证书，并符合设计文件要求和国家标准规定。

小结

山西太谷焦炉机测封闭项目的24米跨无梁拱形屋顶结构充分展现了现代钢结构在工业建筑中的应用。通过采用Q345B/Q235B等高质量钢材、摩擦型高强螺栓连接、严格的焊接工艺和防护措施，确保了结构的安全性和耐久性。江苏杰达钢结构工程有限公司在煤炭、冶金等工业建筑领域拥有丰富的设计和施工经验，能够为类似的大跨度、高荷载工程提供可靠的技术支持和施工保障。所有钢构件的规格、型号未经设计单位同意严禁任意替换，施工前须依据本图纸绘制详细的钢结构加工图。

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