轮胎生产车间主要的屋盖结构形式及特点

　　轮胎生产车间的结构选型，目标就是为了充分满足工艺、建筑、公用工程的各种要求，同时使设计安全可靠，经济合理且美观大方。

　　1、一般国内轮胎生产车间的结构概况

　　轮胎生产车间一般包括压延、挤出、裁断、成型、硫化、成品检测等主要生产工段，各工段的工艺、建筑、公用工程的需求也不尽相同。目前，国内一般多采用单层多跨厂房，柱距6～12m，单跨跨度一般大于21m，最小层高7～17m。除按照国家规范屋面活荷载取值设计，同时考虑恒荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载情况之外，还要考虑其它各专业荷载，尽管各区段情况不同，但大致载荷情况可概述如下：

　　（1）工艺及机械化运输：桥式吊车额定起重量一般在0～75t（大吨位吊车一般用于胶料以及巨胎生产），悬挂起重机额定起重量0～5t，除此之外，还有悬挂自动化运输链系统等。

　　（2）给排水及消防专业：主要是消防管以及屋面排水的悬吊管，部分工程采用了喷淋系统，水管直径在DN40~DN200，水管间距2～3m在屋面下满布。

　　（3）通风专业：置于屋顶的主要是各型通风器、屋顶风机等，悬挂在屋面下的主要有风管、冷凝水管，以及部分工程采用的悬挂通风机平台等。悬挂式通风机平台的活荷载一般能达到4～7kN/m2左右。

　　（4）动力（热力）专业：主要是各种介质的悬挂管道吊架。

　　（5）电气专业：一般是电缆桥架荷载。部分工程车间屋面设置了太阳能发电系统，需要额外增加屋面荷载，大约在20～40kg/m2。

　　总之，轮胎生产车间是一种荷载类型多而复杂，跨度中等的普通单a层多跨厂房。

　　2、轮胎生产车间主要的屋盖结构形式及特点

　　钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快等优点，因此在轮胎行业被广泛采用，本文也仅针对此进行讨论，按受力特点国内轮胎生产车间的屋盖结构类型主要有三类：门式刚架结构、屋（桁）架结构、空间网格结构，这三种结构形式特点阐述如下。

　　2.1门式刚架

　　由刚架斜梁和刚架柱组成，并和支撑、系杆、檩条、山墙等一起形成空间整体，梁柱截面采用焊接实腹I型截面，单跨跨度适宜9～36m，柱距宜6～9m。国内轮胎生产车间采用门式刚架时，刚架用钢量一般在27～45kg/m2浮动。门式刚架的优点：用钢量少，基础造价低，经济性好；施工速度快，能工厂化加工制作现场施工组装、方便快捷缩短建设周期；结构坚固耐用、抗震性能好；建筑外形新颖美观，柱网尺寸布置自由灵活等等。门式刚架的缺点：根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》CECS102:2002总则1.0.2条：“用于起重量不大于20t的A1~A5工作级别桥式吊车或3t悬挂起重机的单层房屋。”4.2.2条：“单跨跨度宜为9～36m”。

　　尽管目前有工程采取措施超过此限制的，但仍由此可知，门式刚架结构整体刚度不大，抗竖向荷载能力和水平荷能力均较弱，无法承受大吨位吊车或较大悬挂荷载等移动荷载情况；同时，门式刚架空间整体性也较差，局部刚架倒塌容易引起成片倒塌，在大跨度大载荷情况下应慎重使用。

　　2.2钢屋（桁）架屋盖

　　排架结构一般指柱底刚接、柱与梁铰接的结构形式，由于轮胎生产车间跨度一般都大于21m，不适宜采用两端铰接的实腹式钢梁屋盖，因此一般采用普通钢屋架体系，根据杆件材料分类，基本有角钢桁架、H型钢桁架、管桁架等。钢屋（桁）架屋盖优点：受力简单，技术成熟；屋面刚度较门式刚架大很多，能承受较大荷载，尤其是能承受大吨位吊车或移动荷载、悬挂荷载；能适应很大的柱距与跨度，局部需要大柱距时，可以通过局部单独设置托架形成钢屋架-托架屋盖结构。

　　钢屋（桁）架屋盖缺点：与门式刚架构件不同，一般情况不能利用构件截面屈曲后的强度；平面内与平面外刚度相差悬殊，侧向容易变形；制作较门式刚架复杂，一般用钢量偏大；结构占用屋面空间大，尽管可以使用上下弦间腹杆空间布置管线，但上下弦杆以及垂直支撑的设置使管线布置不灵活；钢屋（桁）架在吊挂大载荷时，一般作用在弦杆节点，也妨碍车间内管道各专业的管线的灵活布置。

　　2.3空间网格结构

　　空间网格结构主要是在平面桁架发展而来的空间结构，对于轮胎生产车间，运用一般是指按规律的几何图形，用钢管通过节点连接起来的双层（多层）平板形网格结构。网架结构优点：具有空间结构传力简捷，施工简便等特点，满足大面积、大跨度、大柱距要求；经济指标好，跨度越大每平米用钢量越省；空间刚度大、整体稳定性好，在火灾、地震以及特殊情况下均不易由局部的破坏导致整体倒塌；吊挂方便快捷，调整吊架也方便，同时还能利用腹杆空间布置风机平台及各专业管线。

　　网架结构缺点：由于杆件众多，制作工艺较其它屋盖形式复杂，节点多，屋面材料选用受限、制造、施工费用较高，而且观感不好，比较凌乱。

　　3、屋盖结构方案选择的原则

　　（1）要考虑当地习惯及偏好。尽量选择适应当地情况，得到业主认可接受的屋面结构类型。

　　（2）在结构方案上保证结构的安全性。要注意最大单跨跨度的适用性，结构形式是否能满足桥式吊车起重量和悬挂吊车起重量、轮胎运输链系统的要求，能否承受悬挂风机平台、大面积悬挂设备平台以及其它重型悬挂荷载。

　　（3）基于经济性能角度考虑结构方案。比较各种可行的结构方案，综合考虑基础造价、施工费用后的平米用钢量较小的方案，应当优先考虑。

　　（4）基于当地加工制造成熟度、以及运输施工方面可行性考虑，能缩短建设周期的方案应占优势。

　　（5）考虑外专业可能对结构选型的影响。如建筑的柱网要求、屋面曲线以及外立面要求，采光通风要求，机械化运输的车间内吊车等等。

　　（6）抗震设防、地质情况等其它影响结构选型的因素。

　　屋盖结构选型，一般采用方案对比法，根据条件罗列出可能的方案，并大致进行结构试算分析，列出各种方案的性能及参数，然后根据以上原则及指标结合权重进行标准评定，得分较高者应当优先考虑。

　　4、近年轮胎生产车间的结构选型工程实例

　　表1为国内一些轮胎厂房设计的一些具体数据。由上述实际工程案例可以看到，门式刚架已经是目前轮胎行业轮胎生产车间的主要结构形式，当然由于门式刚架的局限性，仍会经常采用钢屋架或钢网架结构方案。

　　5、目前轮胎生产车间屋盖结构形式的新状况

　　近几年以来，随着经济技术发展，笔者认为，国内轮胎生产车间的趋势主要有以下几条：

　　一是大型化趋势。大型化的柱网尺寸使工艺布置灵活，为生产自动化及运输提供便利，因此车间的柱网尺寸越来越大，最大单跨跨度也越来越大，目前国内轮胎生产车间最大的单跨跨度已经达到55m。

　　二是重型化趋势。由于技术进步，为了保持地面足够的空间，屋盖悬挂越来越多，荷载越来越大，这对结构形式的选用提出了新的课题。

　　三是自动化趋势。为减少操作人员，车间内的自动化运输系统应用愈加普遍及深入，运输链系统往往需要结合屋面结构，对屋面结构提出了新的要求。还有部分外资公司在成品区域设置了自动化成品仓库，此种货架与主结构合二为一的形式颠覆了常见的结构形式，也收到了良好的效果。

　　四是环保节能趋势。轮胎行业是资源消耗产业，在节能减排、低碳经济的大背景下，以低能耗低排放低污染的方式进行轮胎生产，充分应用清洁能源等，已成为趋势。目前，国内轮胎行业已经出现一些应用了清洁能源的低碳型厂房，如利用地热技术、太阳能空气加热、光导管照明、利用大面积的厂房屋面建设太阳能光伏发电系统等等，对原有的设计理念和设计参数的取用以及寻求适用轮胎生产车间的结构形式提出崭新的课题。

　　

　　6、结语

　　轮胎生产车间的屋盖结构选型是结构方案设计阶段非常重要的环节，对结构功能、经济效益和工程造价有极其重大的影响，其影响的因素较多，需要进行复杂的分析和判断才能较好地解决该问题。

　　在实际结构选型过程中，经常面临以下问题：①业主的倾向性以及用钢量的权重比较大，对结果影响较大，其余设计原则权重较小，这需要反复权衡；②轻钢门式刚架很多时候需要突破《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》的限制，对结构设计人员提出了更多的研究课题；③目前采用的几种结构形式的轮胎生产车间在高烈度地震、暴雪、台风、火灾等偶遇情况下的表现案例还不够多；④结构选型需要妥协的结果，需要与各方、各专业统筹协调。

　　最近几年，尽管随着经济技术的发展，出现了大量新技术形式，但轻钢门式、钢屋架、空间网格结构作为最主要的钢屋盖结构形式，具有的优点是非常明显而且无法替代的，随着材料科学和计算分析的进步，以上几种钢屋盖结构形式仍具有很好的应用价值和发展前景，值得更加深入的研究，以获得更大的技术成就及经济社会效益。

　　参考文献：
　　[1]GB50017-2003钢结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社.
　　[2]CECS102:2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.中国工程建设标准协会.
　　[3]JGJ7-2010空间网格结构技术规程.北京，中国建筑工业出版社.
　　[4]轻型钢结构设计指南（实例和图集）.北京，中国建筑工业出版社.