柱距对重型门式刚架厂房经济性的影响

阮左正

（沈阳铝镁设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110001）

1 重型钢结构厂房计算和分析

在工业厂房设计领域，常见的柱距有6m、7.5m、9m和12m，优时会出现局部抽柱，要求15m以上的柱距，但并不多见。本文以6m的普通柱距重型钢结构厂房为例进行计算分析。

1.1 工程背景

某工业厂房，采用门式刚架结构，标准柱距为9m。厂房内配备桥式天车。吊车荷载较大所在跨钢柱采用格构柱，其它采用焊接型钢柱，钢梁均采用焊接型钢梁。该厂房的剖面如图1所示。

图1 刚架立面图

1.2 设计参数

屋面活载0.5kN/m2

基本风压0.55kN/m2

基本雪压0.55kN/m2

灰荷载0.3kN/m2

地震设防烈度：7度0.1g；设计地震分组为第一组。

起重机参数见表1：

表1 吊车型号及荷载

1.3 刚架计算和分析结果

结构计算软件采用建研院开发的PKPM软件，通过二维建模计算单榀刚架。刚架柱截面特性见表2；刚架梁截面特性见表3；刚架梁和柱应力比见图2。

表2

表3

图2 刚架梁和应力比图

1.4 吊车梁的设计分析

（1）车资料见表4（以柱距9m为例）

表4 计算输入数据

（2）钢吊车梁横断面尺寸及计算结果（见图3）

图3 9m跨吊车梁横断面尺寸

1.5 屋面和墙面檩条设计分析

屋面檩条设置双层拉条，约束上下翼缘。墙面檩条设单层拉条，设在靠近厂房的一侧，仅约束墙梁内翼缘，而墙面压型钢板能阻止所在侧翼缘墙梁的侧向失稳。檩条截面尺寸的计算结果如下：

檩条形式:卷边槽形冷弯型钢C280×80×25×3.0

墙梁形式:卷边槽形冷弯型钢C250×75×20×2.5

2 整体钢材量对比和分析

上节中，详细论述了柱距为9m的某重型钢结构工业厂房的主框架、吊车梁、檩条系统的计算过程。在同样的外部参数和控制指标下，对另外3种柱距下钢结构厂房进行分析计算，并得到不同柱距下厂房钢材量。

2.1 刚架梁和刚架柱钢材量分析

对于柱间距为6m、7.5m、9m和12m时的刚架内力和钢材量见表5。

表5 不同柱距下刚架梁和柱的应力比、变形梁和钢材量

不同柱距下每平米刚架钢材量见图4。

图4 刚架单位面积钢材量

2.2 钢吊车梁钢材量计算和分析

通过计算分别确定了其它3种跨度吊车梁的截面，分别为：如图5所示。

图5

经计算和分析后，4种吊车梁的钢材量见表6。

表6 吊车梁钢材量

从图6中可知，当厂房柱距小于9m时，吊车梁系统钢材量大概以15%幅度增加，当柱距为12m时，吊车梁系统钢材量发生了突然变化。若起重机起重量很大，或柱距再增加，比如18m、24m，吊车梁系统中的钢材量将迅速变化。因此，从经济角度考虑，大柱距吊车梁应采用桁架式或鱼腹式。

图6 单位面积吊车梁钢材量

2.3 厂房檩条系统钢材量计算和分析

对于12m跨墙面檩条，应采取措施减小跨度，常规做法是在中间设置墙架柱，因此6m和12m跨度的墙面檩条截面相同。经计算采用C160×60×20×2.2。而7.5m跨墙面檩条采用C200×70×20×2.5。经计算后的单位面积墙面檩条钢材量见图7。

图7 单位面积墙面钢材量量

对于12m跨屋面檩条，可采用薄壁H型钢，经计算采用H200×150×3.2×4.5;或者在跨中增设一道刚架梁，减小檩条跨度。此时，6m和12m跨度的屋面檩条可采用同一截面，即C200×70×20×3。7.5m跨屋面檩条采用C250×75×20×3。经计算后的单位面积屋面檩条钢材量见图8。

图8 单位面积屋面檩条钢材

由图7，8可得出：随着柱间距的增大，檩条系统的钢材量也随之而增加，且增加幅度逐渐递增，12m柱距檩条的用钢量是6m柱距檩条用钢量2倍之多，因此大柱距带来的影响是檩条系统钢材量大幅增加。

2.4 四种柱距钢结构厂房总体钢材量对比

根据上述分析，四种柱距下厂房的总钢材量见表7。

表7 单位面积总钢材量统计（kg/m2）

从上表可得出，随着柱距的增加，门式刚架本身所用钢材占总钢材用量的比例逐渐降低，起决定性作用的将是辅助构件体系，比如屋面檩条、墙面檩条、吊车梁体系等等。所以，当柱间距为12m时，重型钢结构厂房的钢材量可能会突然增加。

4 结论

（1）对于类似于本工程的门式刚架结构，主体刚架钢材量占整个厂房结构钢材量的比例会随着柱距不断减小，而吊车梁、檩条系统等辅助构件的钢材量占比会不断加大，因此合理布置次级构件和辅助构件可能更有利于节约钢材。

（2）类似于本工程钢结构工业厂房，仅从钢材量这一指标来衡量，6m、7.5m的柱距似乎更合理，但是厂房的经济性是由人工成本、机械成本、安装成本等诸多指标决定的。而9m柱距的厂房布置更灵活，美观，安装成本也较低。因此建议综和考虑建筑材料成本和建筑安装成本进行综合比较，选择更合理、更经济的结构形式。