輕鋼廠房的優(yōu)化

【摘要】近年來(lái)，由于輕鋼結(jié)構(gòu)的大力發(fā)展，門(mén)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(diǎn)，成為大跨度廠房最受歡迎的結(jié)構(gòu)形式。相對(duì)屋架形式的廠房來(lái)說(shuō)，除了簡(jiǎn)潔明快、制作簡(jiǎn)單、便于安裝、降低廠房高度等優(yōu)點(diǎn)外，在廠房吊車(chē)噸位不是太大，上階柱不太高的情況下，對(duì)減少鋼材消耗量也有一定優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】大跨度；設(shè)計(jì)；荷載

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)腹梁過(guò)去一般是廠房有凈空限制或者特殊要求時(shí)才采用，普遍認(rèn)為實(shí)腹梁鋼材消耗量較大，自重大。但這種結(jié)構(gòu)的廠房相對(duì)屋架形式的廠房來(lái)說(shuō)，除了簡(jiǎn)潔明快、制作簡(jiǎn)單、便于安裝、降低廠房高度等優(yōu)點(diǎn)外，在廠房吊車(chē)噸位不是太大，上節(jié)柱不太高的情況下，對(duì)減少鋼材消耗量也有一定優(yōu)勢(shì)。

大跨度工業(yè)廠房的優(yōu)化設(shè)計(jì)：

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(chē)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(chē)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(jì)算時(shí)取值0.3KN/ m2；（雪荷載超過(guò)該值時(shí)按雪荷載取值）單個(gè)構(gòu)件及受荷面積不超過(guò)60 m2的檁條計(jì)算時(shí)取值0.5KN/ m2；（雪荷載超過(guò)該值時(shí)按雪荷載取值）未考慮屋面積灰荷載，是因?yàn)閮蓮S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?？紤]積灰荷載和不考慮積灰荷載，曾經(jīng)也作過(guò)計(jì)算比較，僅屋面梁耗鋼量就相差5%左右。當(dāng)然這并不是說(shuō)屋面荷載取值越小越好，最關(guān)鍵在于根據(jù)實(shí)際情況準(zhǔn)確取值。

2、大跨度工業(yè)廠房縱向剛度計(jì)算

廠房的縱向剛度計(jì)算對(duì)整個(gè)廠房的使用安全是非常重要的，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)此有專(zhuān)門(mén)的規(guī)定：即由一臺(tái)起重量最大的吊車(chē)產(chǎn)生的縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值（不考慮動(dòng)力系數(shù)）引起柱在吊車(chē)梁上翼緣頂面標(biāo)高處的縱向位移值，不得超過(guò) H/4000（ H為柱腳底面到吊車(chē)梁上翼緣頂面的距離）。計(jì)算柱縱向位移時(shí)，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(shí)假定支撐與柱的連接節(jié)點(diǎn)為鉸接；計(jì)算十字交叉支撐時(shí)，一般僅考慮拉桿工作。當(dāng)縱向水平構(gòu)件如吊車(chē)梁、輔助桁架等截面較大時(shí)，忽略其軸向變形影響；吊車(chē)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(jì)要點(diǎn)及焊接工藝

變截面屋面梁的設(shè)計(jì)宜采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院開(kāi)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(diǎn)與梁剛接?？梢砸淮涡运愠鑫菝媪汉蛷S房柱的內(nèi)力，并進(jìn)行截面選擇和驗(yàn)算。但設(shè)計(jì)時(shí)仍需要注意以下一些問(wèn)題：

4.1屋面梁變截面點(diǎn)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?，然后逐漸變?yōu)檎龔澗兀钡娇缰懈浇龔澗剡_(dá)到最大；一般來(lái)說(shuō)，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(gè)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(guò)規(guī)定值，在采用程序計(jì)算的同時(shí)，必須按照《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范（ GB50017-2003）第4.3.3條再?gòu)?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(shí)，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(lái)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(jiàn)不鮮，在設(shè)計(jì)和施工中一定要重視，切不可掉以輕心。由于隅撐不是用來(lái)承受豎向力的構(gòu)件，因此在設(shè)計(jì)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(shí)，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(yǔ)：

在大跨度輕鋼廠房中，運(yùn)用變截面實(shí)腹屋面梁的結(jié)構(gòu)形式，如果處理得當(dāng)，在吊車(chē)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(jiǎn)潔明快的突出優(yōu)點(diǎn)，但在設(shè)計(jì)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(chǎng)的發(fā)展和建設(shè)，鋼材市場(chǎng)的價(jià)格日漸不穩(wěn)定，鋼材的價(jià)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(jià)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(jì)逐漸得到了業(yè)主的認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)鋼筋混凝土柱焊接鋼梁的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50010-2010.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.2010.

[2]GB50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 2010.

[3]GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.2003.

[4]CECS 102：2002.門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.2002.