單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

來源：建筑設(shè)計(jì) 瀏覽：- 發(fā)布日期：2022-02-17 09:35:14

1、單層鋼結(jié)構(gòu)廠房上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）結(jié)構(gòu)軟件分析

實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，計(jì)算基本都是通過軟件來完成，選取正確的設(shè)計(jì)參數(shù)至關(guān)重要。區(qū)分查看指標(biāo)的假定情況、計(jì)算方法以及適用規(guī)范，影響計(jì)算結(jié)果的判別規(guī)范?？拐鹨?guī)范對于鋼結(jié)構(gòu)框架和單層鋼結(jié)構(gòu)廠房對于柱子的長細(xì)比控制、柱間支撐地震作用及驗(yàn)算等要求均不同。并且對于軟件提示的計(jì)算結(jié)果超限問題，也需要自行判別?？拐鹨?guī)范對于行業(yè)有特殊要求的工業(yè)建筑，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按有關(guān)專門規(guī)定執(zhí)行。很多行業(yè)也對其行業(yè)內(nèi)建筑出臺(tái)了相對應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，針對一些條款提出特別的規(guī)定。就門式剛架單層廠房來說，根據(jù)最近的門鋼規(guī)范對與主剛架翼緣寬厚比和腹板的高厚比在適用范圍內(nèi)要求較鋼框架要低。

在取橫向框架計(jì)算后，還應(yīng)對縱向風(fēng)荷載和地震力進(jìn)行計(jì)算?？梢越⒖v向柱列的二維模型，橫向剛架的荷載布置在柱頂節(jié)點(diǎn)，利用軟件計(jì)算分析，如果縱向支撐采用桁架連接的話，兩個(gè)計(jì)算方向剛度接近，接近框架的結(jié)構(gòu)形式，建議采用空間模型計(jì)算。

（2）結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化

選擇合理的縱向柱距和橫向跨度。工業(yè)廠房的跨度太大或者太小都會(huì)造成鋼材的浪費(fèi)。門式剛架的單跨跨度宜為12～48m，柱網(wǎng)縱向間距宜為6～9m?？缍仍酱?，橫梁的彎矩越大，相應(yīng)的柱截面也加大，并且梁的撓度變化率會(huì)大過梁彎矩的變化率。超過一定跨度后，變形可能成為更重要的控制因素。

在一定范圍內(nèi)，隨著縱向柱距增加，主鋼架數(shù)量減少，用鋼量會(huì)減小，檁條、吊車梁和支撐的用鋼量增加并不會(huì)太多。超過9米時(shí)，屋面檁條和墻梁的用鋼量會(huì)大幅提高。因工藝要求做大柱距時(shí)，可通過設(shè)置桁架式檁條和增設(shè)拉條，考慮屋面板對檁條的穩(wěn)定性約束等來降低用鋼量。

2、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)的過程中，因?yàn)閰⑴c設(shè)計(jì)的人員有著不一樣的專業(yè)水平與能力，不同的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法一定程度地影響建筑的經(jīng)濟(jì)性，合理的計(jì)算方法能達(dá)到一定的節(jié)材目標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)自重輕，在一些風(fēng)荷載和地震力較大的地區(qū)，在柱腳產(chǎn)生很大的彎矩，但豎向力小，導(dǎo)致基礎(chǔ)底面積很大。在無吊車設(shè)計(jì)時(shí)可以采用鉸接柱腳，僅由柱腳剪力產(chǎn)生的基底彎矩減小很多，并允許產(chǎn)生不超過基底面積15%的零應(yīng)力區(qū)，大大減小基礎(chǔ)混凝土量。同時(shí)可以在墻體窗臺(tái)下段設(shè)置一定高度的磚墻，通過拉梁傳遞給基礎(chǔ)，利用磚墻的重量減小基礎(chǔ)荷載的偏心距，達(dá)到控制基礎(chǔ)底面積的目的。

3、根據(jù)構(gòu)件受力特點(diǎn)選用變截面桿件

在無吊車單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)過程中，分析其彎矩包絡(luò)圖，在門式剛架中可發(fā)現(xiàn)鋼梁彎矩呈現(xiàn)跨中及支座處大特點(diǎn)。結(jié)合此特點(diǎn)，采用變截面梁和柱，可使鋼梁、柱的強(qiáng)度得以充分利用同時(shí)，節(jié)省了材料，優(yōu)化了用鋼量，降低了工程造價(jià)。變截面與等截面相比，前者可以適應(yīng)彎矩變化，但在加工和連接不如等截面方便。

4、對單層鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)

地震作用作為建筑結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)的重要影響因素，越來越不可被忽略。鋼結(jié)構(gòu)震害往往表現(xiàn)為側(cè)向剛度不足，和連接節(jié)點(diǎn)破壞。

抗震規(guī)范要求單層鋼結(jié)構(gòu)廠房框架柱軸壓比小于0.2時(shí)長細(xì)比不宜大于150，軸壓比不小于0.2時(shí)，不宜大于120。門剛規(guī)范要求地震組合時(shí)柱長細(xì)比不應(yīng)大于150。梁柱節(jié)點(diǎn)分為剛接和鉸接兩類。剛接設(shè)計(jì)時(shí)梁腹板宜采用摩擦型高強(qiáng)螺栓與柱連接板連接，梁翼緣與柱翼緣通常采用全熔透坡口焊連接，這種簡單，便于施工。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，宜采用塑性鉸外移的連接形式，如梁上下翼緣處增加蓋板，加寬梁翼緣和加腋的方式或采用骨式連接以達(dá)到強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)思想。柱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，宜采用埋入式、外包式，也可采用外露式，抗震設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先采用埋入式柱腳。

鋼結(jié)構(gòu)建筑形式在近年來廣泛使用，單層鋼結(jié)構(gòu)廠房以其輕質(zhì)、高強(qiáng)度、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，在常用建筑中占比越來越大。在滿足結(jié)構(gòu)安全性的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷探究更加經(jīng)濟(jì)和受力合理的設(shè)計(jì)方法。如今，各種優(yōu)化措施不斷得到實(shí)踐應(yīng)用，國家相關(guān)規(guī)范也不斷補(bǔ)充完善，各種設(shè)計(jì)方法和思路也越來越成熟，鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)不斷被發(fā)掘出來，推動(dòng)著建筑行業(yè)不斷發(fā)展。在未來的時(shí)間里，對于單層鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的新思路、新方法仍將不會(huì)止步，而這就需要設(shè)計(jì)人員和施工人員的共同努力，才能得以收獲成果。