轻钢厂房的优化

文/ 张正堂 天津市膜天膜科技股份有限公司 天津 300132

轻钢厂房的优化

文/ 张正堂 天津市膜天膜科技股份有限公司 天津 300132

近年来，由于轻钢结构的大力发展，门式刚架因具有，屋面荷载小，梁柱共同受力，结构合理，整体性好等优点，成为大跨度厂房最受欢迎的结构形式。相对屋架形式的厂房来说，除了简洁明快、制作简单、便于安装、降低厂房高度等优点外，在厂房吊车吨位不是太大，上阶柱不太高的情况下，对减少钢材消耗量也有一定优势。

大跨度；设计；荷载

传统结构设计中，跨度较大的普钢厂房屋面系统一般采用屋架式，一般可分为梯形屋架、三角形屋架、两铰拱屋架、三铰拱屋架和梭型屋架等。一般认为，采用屋架结构较为节省材料但杆件多，施工制作复杂，人工消耗高。而在大跨度厂房中采用实腹梁过去一般是厂房有净空限制或者特殊要求时才采用，普遍认为实腹梁钢材消耗量较大，自重大。但这种结构的厂房相对屋架形式的厂房来说，除了简洁明快、制作简单、便于安装、降低厂房高度等优点外，在厂房吊车吨位不是太大，上节柱不太高的情况下，对减少钢材消耗量也有一定优势。

大跨度工业厂房的优化设计：

1、荷载取值

大跨度工业厂房结构所受到的荷载主要有竖向荷载包括结构自重、吊车竖向荷载、屋面活荷载、积灰荷载及走道板活荷载；水平荷载包括风荷载、吊车水平荷载等。荷载取值准确与否直接关系到结构的安全以及耗钢量的多少。一般情况下，屋面荷载我们按如下取值：永久荷载：压型板取值0.3KN/ m 2;可变荷载：刚架及屋面梁计算时取值0.3KN/ m 2；（雪荷载超过该值时按雪荷载取值）单个构件及受荷面积不超过60 m 2的檩条计算时取值0.5KN/ m 2；（雪荷载超过该值时按雪荷载取值）未考虑屋面积灰荷载，是因为两厂房都距离灰源较远，加上轧钢（管）厂房积灰的可能性相当小。考虑积灰荷载和不考虑积灰荷载，曾经也作过计算比较，仅屋面梁耗钢量就相差5%左右。当然这并不是说屋面荷载取值越小越好，最关键在于根据实际情况准确取值。

2、大跨度工业厂房纵向刚度计算

厂房的纵向刚度计算对整个厂房的使用安全是非常重要的，《钢结构设计规范》对此有专门的规定：即由一台起重量最大的吊车产生的纵向水平荷载标准值（不考虑动力系数）引起柱在吊车梁上翼缘顶面标高处的纵向位移值，不得超过H/4000（ H为柱脚底面到吊车梁上翼缘顶面的距离）。计算柱纵向位移时，通常采用以下假定：仅考虑柱间支撑或其它纵向框架的刚度，而忽略柱刚度的影响，同时假定支撑与柱的连接节点为铰接；计算十字交叉支撑时，一般仅考虑拉杆工作。当纵向水平构件如吊车梁、辅助桁架等截面较大时，忽略其轴向变形影响；吊车纵向水平力由温度区段内所有柱间支撑共同承担。

3、结构布置

在大跨度钢结构工业厂房中，结构布置首要的是确定伸缩缝的位置，然后根据温度区段确定柱间支撑的位置，最后才是综合考虑屋面支撑等的布置。

4、变截面屋面梁的设计要点及焊接工艺

变截面屋面梁的设计宜采用中国建筑科学研究院开发的钢结构CAD软件STS 中的框排架模块，柱顶端节点与梁刚接。可以一次性算出屋面梁和厂房柱的内力，并进行截面选择和验算。但设计时仍需要注意以下一些问题：

4.1 屋面梁变截面点位置的选择

大跨度工业厂房在屋面梁在支座处的负弯矩最大，但负弯矩向跨中成抛物线快速衰减，大约在宽度1/4～1/3处变为零，然后逐渐变为正弯矩，直到跨中附近正弯矩达到最大；一般来说，支座负弯矩都大于跨中正弯矩，为了节省材料，变截面梁一般也是根据弯矩图的变化，在支座处截面做得最大，然后逐渐向跨中变小，直到一个位置，截面不再变化，变为等截面的一段。

4.2 腹板的局部稳定

由于支座处负弯矩大，屋面梁在支座处的截面一般比较高，但腹板的厚度一般不宜取得太厚，如果高厚比超过规定值，在采用程序计算的同时，必须按照《钢结构规范（ GB50017-2003）第4.3.3条再复核腹板的稳定性。

4.3 隅撑的设置

隅撑的作用：设置隅撑是为了保证屋面梁下翼缘平面外的稳定性。特别是当屋面梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为屋面梁的侧向支承，隅撑另一端连接在檩条上。隅撑虽小却是不可或缺的结构构件，近年来由于隅撑设置不当或者漏设隅撑出现的质量事故屡见不鲜，在设计和施工中一定要重视，切不可掉以轻心。由于隅撑不是用来承受竖向力的构件，因此在设计上要注意隅撑与水平面的角度不能大于45度，另外在安装时，应等尽量等屋面梁在竖向上充分变形后，再行焊牢，以避免竖向荷载加于隅撑之上。

结语：

在大跨度轻钢厂房中，运用变截面实腹屋面梁的结构形式，如果处理得当，在吊车吨位不是特别大，厂房上柱高度不算是特别高的情况下，具有比采用屋架结构形式更省材料，省人工，施工方便且建筑形式简洁明快的突出优点，但在设计和施工中要注意隅撑，厂房纵向刚度等非常重要的细节部分，在施工安装中还要特别注意屋面梁和柱连接处非常高的焊接要求。另外，随着市场的发展和建设，钢材市场的价格日渐不稳定，钢材的价格在一定程度上得到了提高，钢柱的用钢量大于钢梁的用钢量，并且防火涂料在钢柱中的使用是必须的，而防火涂料价格昂贵，并且由于工程建设的需要，混凝土柱钢梁的设计逐渐得到了业主的认可，实现了传统钢筋混凝土柱焊接钢梁的设计结构形式。

[1]GB50010-2010.建 筑 抗 震 设 计 规范.2010.

[2]GB50010-2010.混凝土结构设计规范2010.

[3]GB50017-2003.钢结构设计规范.2003.

[4]CECS 102:2002.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.2002.