輕鋼廠房的優(yōu)化

【摘要】近年來，由于輕鋼結(jié)構(gòu)的大力發(fā)展，門式剛架因具有，屋面荷載小，梁柱共同受力，結(jié)構(gòu)合理，整體性好等優(yōu)點，成為大跨度廠房最受歡迎的結(jié)構(gòu)形式。相對屋架形式的廠房來說，除了簡潔明快、制作簡單、便于安裝、降低廠房高度等優(yōu)點外，在廠房吊車噸位不是太大，上階柱不太高的情況下，對減少鋼材消耗量也有一定優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】大跨度；設(shè)計；荷載

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，跨度較大的普鋼廠房屋面系統(tǒng)一般采用屋架式，一般可分為梯形屋架、三角形屋架、兩鉸拱屋架、三鉸拱屋架和梭型屋架等。一般認(rèn)為，采用屋架結(jié)構(gòu)較為節(jié)省材料但桿件多，施工制作復(fù)雜，人工消耗高。而在大跨度廠房中采用實腹梁過去一般是廠房有凈空限制或者特殊要求時才采用，普遍認(rèn)為實腹梁鋼材消耗量較大，自重大。但這種結(jié)構(gòu)的廠房相對屋架形式的廠房來說，除了簡潔明快、制作簡單、便于安裝、降低廠房高度等優(yōu)點外，在廠房吊車噸位不是太大，上節(jié)柱不太高的情況下，對減少鋼材消耗量也有一定優(yōu)勢。

大跨度工業(yè)廠房的優(yōu)化設(shè)計：

1、荷載取值

大跨度工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)所受到的荷載主要有豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重、吊車豎向荷載、屋面活荷載、積灰荷載及走道板活荷載；水平荷載包括風(fēng)荷載、吊車水平荷載等。荷載取值準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全以及耗鋼量的多少。一般情況下，屋面荷載我們按如下取值：永久荷載：壓型板取值0.3KN/ m2；可變荷載：剛架及屋面梁計算時取值0.3KN/ m2；（雪荷載超過該值時按雪荷載取值）單個構(gòu)件及受荷面積不超過60 m2的檁條計算時取值0.5KN/ m2；（雪荷載超過該值時按雪荷載取值）未考慮屋面積灰荷載，是因為兩廠房都距離灰源較遠(yuǎn)，加上軋鋼（管）廠房積灰的可能性相當(dāng)小。考慮積灰荷載和不考慮積灰荷載，曾經(jīng)也作過計算比較，僅屋面梁耗鋼量就相差5%左右。當(dāng)然這并不是說屋面荷載取值越小越好，最關(guān)鍵在于根據(jù)實際情況準(zhǔn)確取值。

2、大跨度工業(yè)廠房縱向剛度計算

廠房的縱向剛度計算對整個廠房的使用安全是非常重要的，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對此有專門的規(guī)定：即由一臺起重量最大的吊車產(chǎn)生的縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值（不考慮動力系數(shù)）引起柱在吊車梁上翼緣頂面標(biāo)高處的縱向位移值，不得超過 H/4000（ H為柱腳底面到吊車梁上翼緣頂面的距離）。計算柱縱向位移時，通常采用以下假定：僅考慮柱間支撐或其它縱向框架的剛度，而忽略柱剛度的影響，同時假定支撐與柱的連接節(jié)點為鉸接；計算十字交叉支撐時，一般僅考慮拉桿工作。當(dāng)縱向水平構(gòu)件如吊車梁、輔助桁架等截面較大時，忽略其軸向變形影響；吊車縱向水平力由溫度區(qū)段內(nèi)所有柱間支撐共同承擔(dān)。

3、結(jié)構(gòu)布置

在大跨度鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中，結(jié)構(gòu)布置首要的是確定伸縮縫的位置，然后根據(jù)溫度區(qū)段確定柱間支撐的位置，最后才是綜合考慮屋面支撐等的布置。

4、變截面屋面梁的設(shè)計要點及焊接工藝

變截面屋面梁的設(shè)計宜采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)CAD軟件STS 中的框排架模塊，柱頂端節(jié)點與梁剛接。可以一次性算出屋面梁和廠房柱的內(nèi)力，并進(jìn)行截面選擇和驗算。但設(shè)計時仍需要注意以下一些問題：

4.1屋面梁變截面點位置的選擇

大跨度工業(yè)廠房在屋面梁在支座處的負(fù)彎矩最大，但負(fù)彎矩向跨中成拋物線快速衰減，大約在寬度1/4～1/3處變?yōu)榱悖缓笾饾u變?yōu)檎龔澗兀钡娇缰懈浇龔澗剡_(dá)到最大；一般來說，支座負(fù)彎矩都大于跨中正彎矩，為了節(jié)省材料，變截面梁一般也是根據(jù)彎矩圖的變化，在支座處截面做得最大，然后逐漸向跨中變小，直到一個位置，截面不再變化，變?yōu)榈冉孛娴囊欢巍?/p>

4.2腹板的局部穩(wěn)定

由于支座處負(fù)彎矩大，屋面梁在支座處的截面一般比較高，但腹板的厚度一般不宜取得太厚，如果高厚比超過規(guī)定值，在采用程序計算的同時，必須按照《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范（ GB50017-2003）第4.3.3條再復(fù)核腹板的穩(wěn)定性。

4.3隅撐的設(shè)置

隅撐的作用：設(shè)置隅撐是為了保證屋面梁下翼緣平面外的穩(wěn)定性。特別是當(dāng)屋面梁的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣側(cè)面布置隅撐作為屋面梁的側(cè)向支承，隅撐另一端連接在檁條上。隅撐雖小卻是不可或缺的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，近年來由于隅撐設(shè)置不當(dāng)或者漏設(shè)隅撐出現(xiàn)的質(zhì)量事故屢見不鮮，在設(shè)計和施工中一定要重視，切不可掉以輕心。由于隅撐不是用來承受豎向力的構(gòu)件，因此在設(shè)計上要注意隅撐與水平面的角度不能大于45度，另外在安裝時，應(yīng)等盡量等屋面梁在豎向上充分變形后，再行焊牢，以避免豎向荷載加于隅撐之上。

結(jié)語：

在大跨度輕鋼廠房中，運用變截面實腹屋面梁的結(jié)構(gòu)形式，如果處理得當(dāng)，在吊車噸位不是特別大，廠房上柱高度不算是特別高的情況下，具有比采用屋架結(jié)構(gòu)形式更省材料，省人工，施工方便且建筑形式簡潔明快的突出優(yōu)點，但在設(shè)計和施工中要注意隅撐，廠房縱向剛度等非常重要的細(xì)節(jié)部分，在施工安裝中還要特別注意屋面梁和柱連接處非常高的焊接要求。另外，隨著市場的發(fā)展和建設(shè)，鋼材市場的價格日漸不穩(wěn)定，鋼材的價格在一定程度上得到了提高，鋼柱的用鋼量大于鋼梁的用鋼量，并且防火涂料在鋼柱中的使用是必須的，而防火涂料價格昂貴，并且由于工程建設(shè)的需要，混凝土柱鋼梁的設(shè)計逐漸得到了業(yè)主的認(rèn)可，實現(xiàn)了傳統(tǒng)鋼筋混凝土柱焊接鋼梁的設(shè)計結(jié)構(gòu)形式。

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