大型煉鋼廠房采用不同跨度和材質(zhì)下吊車梁經(jīng)濟性對比

  吊車梁作為直接承受吊車荷載的廠房鋼構(gòu)件，具有跨度大、斷面高且寬、板材厚的顯著特點，其用鋼量相對較大，約占廠房總材料量的1/3。特別是對于支承大噸位吊車的吊車梁，其用鋼量非常大，故而對不同跨徑吊車梁，鋼材材質(zhì)的選擇以及截面尺寸的擬定對工程的經(jīng)濟性至關重要。一般來說，隨著主廠房柱距的增加，吊車梁的跨度也相應加大，隨著吊車噸位及吊車梁跨度的加大，吊車梁內(nèi)力會快速增長，其截面設計尺寸及結(jié)構(gòu)自重也會隨之增加。為滿足設計及經(jīng)濟指標要求，選用高強度鋼材是行之有效的方法之一。目前中、小轉(zhuǎn)爐工程(廠房)中吊車梁構(gòu)件的材質(zhì)多以Q345鋼材為主，與采用Q235鋼相比經(jīng)濟效果明顯。而對于大跨、重載工程，其內(nèi)力相應大大增加，對吊車梁的斷面及材質(zhì)要求必然會更高，因此，需考慮選用強度更高的鋼材。

   Q390鋼較Q345強度提高，同等條件下可使梁的橫截面尺寸減小，從而降低結(jié)構(gòu)自重;另一方面，采用Q390鋼可使梁的強度與剛度更加匹配，避免了當梁受力已達到強度極限發(fā)生破壞而其剛度仍具有較大儲備的現(xiàn)象，從經(jīng)濟性角度而言，采用Q390及Q420等高強鋼可減少材料量以及相應的加工、運輸、吊裝等工程費用。但是，當鋼材等級提高時，材料價格以及加工費用都相應增加，這些都是設計應該考慮的重要方面。因此，本文對相同吊車噸位下，不同跨徑、不同鋼材強度吊車梁的截面尺寸及用鋼量進行對比，歸納其鋼材用量及費用的變化趨勢，以期得到最優(yōu)設計方案。

    對于300噸級別的大轉(zhuǎn)爐工程中吊車梁跨度的選取，除了目前工程中已經(jīng)出現(xiàn)過的26，27，29，30 m外，另增加24，25，28 m三種情況，以便進行更全面的對比分析。表所列是4800 kN吊車荷載作用下，在24～30 m跨度時，分別采用Q345及Q390兩種材質(zhì)的焊接工字形吊車梁截面尺寸，以及在考慮上下翼緣、腹板、腹板加勁、支座加勁等主要材料的情況下各吊車梁的質(zhì)量。從圖可以看出，24m跨度吊車梁在采用Q345和Q390兩種材質(zhì)時質(zhì)量幾乎沒有差別。隨著跨度加大，Q390的優(yōu)勢逐漸凸顯，吊車梁質(zhì)量差從25m跨度時的1%逐漸加大，直到29，30 m跨度時的5.9%。當跨度超過29m時，Q390與Q345相比，單個吊車的用鋼量節(jié)約達5t以上。同時，從表中的吊車梁斷面尺寸可以看出，材質(zhì)提高時: 上翼緣面積減小較多，基本上在11%～15%。下翼緣面積變化較小，有的甚至沒有變化。這是因為，采用Q345鋼材時吊車梁基本是強度控制，撓度稍有富余(在L/1 300左右，其中，L為吊車梁跨度)，加勁底端的疲勞應力幅多在90MPa以下。而采用Q390鋼材時，吊車梁基本上是疲勞與撓度控制(撓度在L/1 220左右)，加勁底端的疲勞應力幅多在90MPa以上，上翼緣應力水平比較高，但下翼緣為滿足疲勞要求，應力只能維持在200～210 MPa。也就是說，在吊車梁下翼緣，Q390的材料強度不能得到充分發(fā)揮，這正是與采用Q345相比下翼緣面積幾乎沒有減小的原因。綜上所述，采用Q390時節(jié)省的材料量是隨著吊車梁跨度厚度時加大而逐漸增加的。至于Q420鋼材，通過對30m跨度吊車梁的試算分析，受撓度、疲勞控制影響，材料量幾乎沒有變化，考慮到Q420鋼的單價又比Q390上漲較多，綜合判斷其不適于在同等級別的吊車梁中采用。

  根據(jù)當時市場調(diào)研得到的數(shù)據(jù)，相同尺寸的板材中Q390鋼比Q345鋼的價格高，價差約170元/噸，相對于11～40 mm厚度的板材價格來說，41～50 mm厚度時加價60元/噸，50～60 mm厚度的加價120元/噸。采用Q390鋼時，部分板材特別是上翼緣板的厚度會有所減薄，價格又會有所下降。圖在考慮材質(zhì)、厚度、正火、性能要求及加工、運輸、吊裝等情況下，就兩種材質(zhì)吊車梁的總價進行了計算匯總。由圖可知由于Q390的綜合單價比Q345略高，對于跨度25，26，27 m的吊車梁，雖然材料用量有所減少但總價反而升高，經(jīng)濟效益差，跨度28m時材料減少2.4%而總價相對持平，對跨度更大的29，30m吊車梁，由于材料量減少較多，總價可降低3.6%～3.7%。因此當工程中大跨度吊車梁較多時，采用Q390高強鋼與采用Q345鋼相比，可大大節(jié)省工程直接費，取得更好的經(jīng)濟效益。

  采用多肢鋼管混凝土格構(gòu)柱的方案，用鋼量可以大幅減低、結(jié)構(gòu)整體剛度提高;而且柱子系統(tǒng)避免了出現(xiàn)超過40mm以上的厚板，不但能有效降低成本，而且避免了“厚板加工困難和訂貨周期長”對工期的影響，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。當?shù)踯嚵嚎缍仍?7m及其以下時，采用Q345鋼材比較經(jīng)濟，而當跨度更大時，采用Q390鋼材的優(yōu)勢明顯。受吊車梁工作特性及設計控制指標影響，Q420鋼材的高強度優(yōu)勢難以充分發(fā)揮，綜合經(jīng)濟指標沒有Q345、Q390好，目前不建議采用。