混凝土结构包括钢筋混凝土和预应力混凝土，具有造价低、材料容易解决、耐腐蚀好和能减少定期维护等优点，在冶金厂房中得到广泛应用。 冶金工厂单层混凝土结构厂房的设计包括混凝土屋盖系统设计、混凝土吊车梁系统设计、混凝土柱系统设计、墙架系统和支撑系统等设计，见图1。

采用混凝土承重结构时应注意以下事项:1。对于承载重型桥式起重机的混凝土吊车梁，应考虑频繁吊车作业对吊车梁的疲劳影响(见混凝土吊车梁)。2.对于承载重型吊车的混凝土柱，应选择合理的柱型，使截面尺寸不要太大，且要有刚度。根据柱高和吊车起重量的不同，合理采用矩形和工字形截面的实心柱、带平腹杆或斜腹杆的双肢空腹柱等几种柱型(见混凝土柱)。3.位于受高温影响的冶炼、铸造、热坯储存等区域的混凝土结构应进行隔热或耐热设计。4、必须能配制高强度等级混凝土和供应高强度钢筋(包括预应力高强度钢筋、钢绞线束和钢绞线)。5、施工单位应具备必要的预制构件、预应力张拉和吊装能力。原结构截面不够方便；建设周期长。自20世纪80年代后期以来，随着我国钢产量的增加，混凝土结构的比重有所下降。预计冶金车间结构的材料选择为:中小型车间采用预制混凝土结构；大中型冶金工厂采用混合结构或全钢结构。对于高大的厂房柱，也可采用上层为钢，下层为混凝土的组合柱。

一、混凝土屋面系统设计

混凝土屋面系统包括混凝土屋面板、屋架、屋梁、支架、天窗框架等承重结构。

(一)结构选择

结构选择包括:

1.混凝土屋面板尺寸一般为1.5m×6m，有条件时也采用3m×6m。当屋面跨度小于12m时，可采用钢筋混凝土屋面梁；当跨度大于或等于15m时，应采用预应力混凝土屋面混凝土结构。与钢结构相比，其主要缺点是:自重，施工需要预制场地，厂房改扩建修改梁。对于腐蚀环境中的结构(如轧钢、酸洗间)，为提高其抗裂性和防腐效果，一般采用预应力混凝土结构，并尽可能采用梁结构，以减少腐蚀面积。

2.支架应采用预应力混凝土结构。当跨度不大于12m且荷载较小时，也可采用钢筋混凝土梁结构。

3.天窗框架一般用于纵向门式采光或通风天窗，跨度有3m、6m、9m、12m。天窗可以是混凝土的，也可以是钢结构的，近年来钢结构得到了广泛的应用。钢结构可用于局部高温地区和使用中有特殊要求的屋面构件。

(2)材料选择

根据国家标准，钢筋混凝土屋面板和屋面梁的混凝土强度等级为C20-C30；C30-C40用于预应力混凝土屋面板和屋面梁；预应力混凝土屋架及支架不得低于C40。

预应力钢筋可采用冷拉ⅳ级钢筋、碳素钢丝或钢绞线，或冷拉ⅲ级或ⅱ级钢筋。非预应力纵向钢筋，ⅱ级钢筋优先；横向钢筋一般采用I级钢筋或冷拉低碳钢丝。纵向、横向水平支撑、垂直支撑、拉杆和其他部件均应采用钢结构。

(3)支撑布置

包括水平和垂直支撑、垂直支撑和系杆。水平支撑沿厂房跨度方向设置在厂房端部的两个屋架之间；水平支撑沿厂房纵向布置在柱附近的屋架节间内；竖向支撑沿屋架的端部(当端部高度较高时)和屋架跨度的中部布置在两个相邻屋架之间。拉杆沿厂房纵向布置在竖向支撑之间。当屋架跨度较大时，应在屋架的两个水平支撑之间加一根全长的拉杆。支撑的数量和具体布置应根据相关设计规范确定，如厂房跨度、吊车、是否位于抗震设防区等。

二、混凝土吊车梁系统设计

吊车系统由混凝土吊车梁、轨道连接和安全走道板(如有必要)组成。

(一)结构选择

钢吊车梁或混凝土吊车梁的选择是吊车梁系统设计的首要问题。与钢吊车梁相比，混凝土吊车梁可以少用50%左右的钢材，降低成本40%-60%左右。同时混凝土吊车梁的安装工作量小，吊车梁定位后即可与立柱焊接，没有钢吊车梁制动系统连接的复杂和工作量，也减少了日常维护的工作量。

混凝土吊车梁不能用于受高温影响严重的部位，如炼钢车间转炉上方。对于采用硬钩吊车的跨度，混凝土吊车梁上的轨道连接使用寿命过短，不宜采用混凝土吊车梁。混凝土吊车梁上的轨道连接应根据吊车的工作系统和吨位采用合适的结构型式。

安全走道板一般在柱距为6m时采用钢筋混凝土结构，在柱距为12m时采用预应力混凝土结构。

(2)结构布局

混凝土吊车梁可以独立承受吊车的竖向和水平荷载，不需要像钢吊车梁那样设置制动系统和辅助桁架，简化了吊车梁系统的结构布置。

混凝土吊车梁沿厂房纵柱线直接放置在柱上，在吊车梁端顶面设置钢筋接头与混凝土柱上的预埋件焊接，以水平固定吊车梁。连接器的规格应通过计算确定。在吊车梁的高度范围内，吊车梁与柱之间往往有一定的距离间隙，安装后可用后浇带填充。

当厂房建筑设计要求安装安全走道时，走道板一般沿柱子平行于吊车梁布置，顶面与吊车梁顶部大致齐平。走道板一般支撑在柱的纵向侧边，走道板的支撑是在柱的预埋件上焊接钢件形成的。

(3)混凝土吊车梁的选择

起重机的类型一般可按以下情况选择:对于6m跨度的吊车梁，当起重机为重型、5-20t或中型、5-30t时，可按国家标准图选择钢筋混凝土吊车梁；当吊车起重量大于30t时，对于有张拉台座的施工现场，可优先采用先张法预应力混凝土吊车梁。

由于线形吊车梁的形状接近弯矩包络图，各项技术经济指标均优于其他类型的预应力混凝土吊车梁，且外形美观。

预应力混凝土吊车梁的高度按下列公式确定:当跨度为6m时，h = L/7-L/4；当跨度为12m时，h = L/10-L/8 (20t及以下起重机)或h = L/7-L/5 (30t及以上起重机)。其中l是梁的计算跨度。变高度吊车梁的端部高度不应小于600毫米。

三。混凝土柱系统设计

厂房结构的受力体系由传递纵向水平力的钢筋混凝土柱和柱间支撑组成，构成混凝土柱体系。冶金车间的钢筋混凝土柱包括支撑吊车梁和屋顶的阶梯柱和仅支撑吊车梁的露天栈桥柱。阶梯柱都是钢筋混凝土柱和混凝土与钢的组合柱。

(一)结构选择

与钢柱相比，钢筋混凝土柱可以节约钢材，降低成本，减少定期维护。例如，使用钢筋混凝土柱比使用钢柱可以节省近60%的钢材。因此，在有现场预制条件和吊装能力的情况下，冶金工厂应优先考虑钢筋混凝土柱；厂房较高时，也可采用上节钢柱，下节混凝土的组合柱。

单层厂房钢筋混凝土柱一般采用预制柱，以提高制造质量，加快施工速度。预制柱的类型有矩形柱、工字形柱、双肢柱和管柱(图2)，根据厂房高度、柱网尺寸、吊车吨位和施工条件选择。当柱距为6m，柱高和吊车吨位较小时，宜采用结构简单的矩形截面柱。当柱高、吊车吨位较大时，宜选用工字形截面柱，以节省混凝土用量，减轻柱自重，并具有更轻、更美观的外形。当柱距、柱高、吊车吨位较大时，宜采用空腹式双支腿柱。在有中型和重型起重机的冶金工厂中，吊车梁的中心线与立柱轴线之间的距离通常为1m左右。当使用双支腿柱时，可以通过将柱支腿的中心线与吊车梁的中心线对齐来提高柱的受力。

冶金辅助车间的柱距一般为6m，或6m边柱、12m中柱往往能满足生产工艺要求。在主要生产车间，往往需要采用较大的柱距，局部地段需要采用较大的柱距。此外，在柱网布置中，“主排架”(每列一根柱形成的排架)的间距尽量不要过大(钢筋混凝土柱不超过24m)，以保证厂房有足够的侧向抗侧刚度。钢筋混凝土柱厂房一般在100米左右设置一道温度伸缩缝。

(3)柱间支撑

柱间支撑是传递纵向水平力和保证厂房纵向刚度的重要构件。柱间支撑的具体布置、形式选择及支撑计算详见钢柱体系设计。

(4)混凝土柱的设计

混凝土柱是支撑屋顶、吊车梁、墙架和平台的垂直混凝土承重结构。作用在排架上的荷载类型很多，除结构自重外，还有风荷载、雪荷载、灰尘荷载、屋面活荷载、吊车荷载、设备荷载等。此外，温度变化的影响，楼板大面积堆载引起的柱脚转动的影响等。也应该考虑。抗震设防区还应考虑地震作用。这些荷载和作用在排架分析中要逐一计算，最后才能找到最不利的内力组合，用于柱、支座、柱基础的设计。

对于大吨位吊车的露天栈桥立柱和厂房立柱，为使吊车正常运行，要求立柱具有足够的刚度。此时，可以通过控制吊车梁上翼缘标高处立柱的侧向变形值来检查和修改立柱的截面尺寸。

对于冶炼、铸造、热坯储存等高温区域的钢筋混凝土柱，无论是否采取保温措施，当柱表面温度超过100℃时，应按相关规范进行耐热设计。

对于位于抗震设防区的柱，除了在排架分析和柱截面计算中考虑地震效应外，还应根据相关设计规范通过构造配筋来提高柱的延性。

材料规定。预制柱混凝土的强度等级一般不低于C20。吨位大于或等于100t的双柱承重起重机应采用C40及以上的混凝土，以减小截面尺寸，减轻自重，便于施工和吊装。柱纵向钢筋一般采用ⅱ级钢筋，箍筋可用I级钢筋。

(5)混凝土与钢组合柱的设计

组合柱是上层为钢，下层为混凝土的阶梯柱，用于高层单层厂房。与全钢柱相比，该柱可节约钢材；与整体混凝土柱相比，可以减轻柱的重量，有利于施工和吊装。此外，由于上层为钢柱，所以柱顶与屋架的连接可以是铰接的，也可以是刚性的，比整个混凝土柱更灵活。