APP下载

建筑钢结构优化方法探讨

2023-10-09肖晨晨

工程建设与设计 2023年17期
关键词:建筑面积牛舍钢结构

肖晨晨

(宁夏农垦勘测设计院(有限公司),银川 750000)

1 工程概况

以宁夏兴垦牧业有限公司第二奶牛场建设项目为例,展开建筑钢结构设计的优化方法探讨, 以期在实际的工作中,能够做好钢结构的合理控制,更好地发挥钢结构的功能和作用。

在本工程建设中,主要包括如下相应内容。

1)养殖生产区:建设泌乳牛舍10 栋,建筑面积123264.00m2;已孕青年牛舍1 栋,建筑面积13 824.00 m2;综合牛舍1 栋,建筑面积13 824.00 m2;干奶牛舍2 栋,建筑面积27 456.00 m2;后备牛舍5 栋,建筑面积30 212.00 m2;断奶犊牛舍6 栋,建筑面积17 640.00 m2;双80 位转盘挤奶厅(含兽医诊断室)2 栋,建筑面积15 394.74 m2;特需挤奶厅(2×24 并列式)1 栋,建筑面积1 512.00 m2;并设有转群通道和挤奶通道。

2)饲料加工区:建设干草棚6 栋,建筑面积16 200.00 m2;青贮平台2 座,建筑面积83 238.00 m2;机修车间1 座,建筑面积1 386.00 m2;TMR 固定搅拌站1 座。

3)管理生活区:建设管理用房2 座,建筑面积8 859.44 m2;餐厅1 座、建筑面积1 115.55 m2;消毒更衣室1 座,建筑面积为840.42 m2;设备用房3 座,建筑面积234.00 m2;蓄水池、消防水池1 座, 建筑面积3 118.78 m2(其中地上水泵房面积为65.65 m2)。

4)粪污资源化利用区:粪污收集和微滤系统,BES 卧床垫料再生系统、挤奶厅废水净化系统,总占地面积约14 666.67 m2。

表1 为本工程的主要技术指标情况。 表2 为本工程主要研究对象单体功能表。

表1 本工程的主要技术指标情况

表2 本工程主要研究对象单体功能表

按照本工程的基本情况, 对本工程钢结构牛舍部分的设计进行研究分析,确保实际工作中能够采取合理的优化方法。

2 钢结构设计优化

2.1 钢结构的构件设计优化

1)材料的选择:一般钢材选型有Q235B 和Q355B。 由于牛舍在使用要求上的限制, 中柱截面不宜过大, 考虑经济适用,本工程选用钢材型号为Q355B。 为了便于制作安装,通常主要承重构件选用单一强度。 当强度起控制作用时, 可选择Q355B;稳定控制时,可选择Q235B。

2)截面选择:门式刚架结构通常宜选择H 形钢。H 形钢柱的翼缘要具备一定的宽度, 以满足钢架在平面外的稳定和长细比要求。 本项目根据使用功能要求,中间立柱较多,故边柱采用H 形钢,中柱采用钢方管,并采用在中柱增加斜撑方法来满足计算要求,从而达到经济适用稳定美观的效果[1]。

在具体计算中,可根据项目需要,通过加大翼缘厚度、加大腹板厚度、加大截面的高度、增加斜撑、变截面分段等方法来满足计算要求。

2.2 钢结构的节点设计优化

连接节点的设计是钢结构设计中重要组成部分。 在节点的设计与优化过程中,首先结合施工工艺水平、施工空间等因素,并注意节点的科学选择,建立模型分析节点受力,立足实际优化设计节点的合理控制,对节点的形式合理确定,保证现场能够方便有效实现。 节点的连接方式不同,对结构计算影响较大,按传力特性不同分为刚接、铰接和半刚接。

按连接形式分有焊缝及螺栓连接。 焊接节点强度高、韧性塑性高但焊接处易生锈,不易拆卸,对焊接焊缝应严格按照相应规范要求,不得任意加大焊缝。 焊条的选用应和被连接金属材质适应。 E43 对应Q235,E50 对应Q355。 要注意的是Q235与Q355 连接时,应该选择低强度的E43。 螺栓连接的主要构件采用高强螺栓,施工快捷、拆装方便,但易松动、制孔精度较差。 节点优化设计过程中,需要对钢结构进行控制,降低钢结构的隐患发生,结合实际情况,避免钢结构的隐患发生[2]。

2.3 钢结构建筑材料的设计优化

为了实现对钢结构的合理设计优化, 还要对钢结构材料进行合理的选择。 在本次项目设计中, 对屋面板材料进行优化,采用屋面板和光伏一体化的方法,进一步提升钢结构的设计效果。 主要是对南侧屋面进行了优化设计,既具有光伏发电功能,又能承担建筑构件和建筑材料的作用。 BIPV 光伏瓦直接安装在屋顶檩条上,实现屋顶防火、防水、隔热保温、承重功能,具有高寿命、高发电、低压安全、智能化、免维护等优点。

屋面做法如下:北侧屋面覆盖材料采用100 mm 厚双层压型钢板复合保温屋面+0.6 mm 厚外板+100 mm 厚玻璃丝绵(密度24 kg/m3)+0.5 mm 厚内板。南侧屋面覆盖材料光伏板外板+50 mm 厚玻璃丝绵(密度24 kg/m3)+ 贴面,光伏板密度≤25 kg/m2。 本工程采用“自发自用,余电上网”模式,实现屋顶防火、防水、隔热保温、承重功能,具有高寿命、高发电、低压安全、智能化、免维护等优点,可以更好地促使本工程能够满足奶牛场的功能得到合理提升[3]。

3 钢结构在施工过程中优化研究

结合宁夏兴垦牧业有限公司第二奶牛场建设项目施工现场实际情况, 从以下几方面对本工程钢结构的优化设计进行分析研究。

3.1 预防错位和变形

钢结构优化设计中,可以应用预防错位和变形措施,使得钢结构可以更好地为建筑工程服务, 实现建筑工程的持续健康发展。 为了避免错位和变形,需要对不连续部位进行控制,因为这部分容易出现损伤和裂缝, 给钢结构功能和服务作用带来影响。 所以,为了保证钢结构的设计效果,建议加强钢结构错位、变形的控制,以此保证钢结构连续性。 钢结构焊接过程中,需要经常翻动,这样可以合理抵消变形,进而保证焊接效果。 另外,进行大尺寸焊缝时,建议选择分段、分层、间断焊接的方式,其间需要控制好电流、焊接速度,使最终焊接效果满足实际需求。 焊接后容易出现主角变形的零部件,建议施工人员在焊接前做好零件预变形处置。例如,钢板的V 形坡口对接,可在焊接前适当垫高接口,达到焊后变平的效果。 采用手工焊接方法,建议进行间断焊接,尤其应注意工件中间向两头的焊接,需要进行退焊处理,焊接人员保证对称分散分布,确保焊接工艺满足要求。 通过上述措施,可以有效控制钢结构的错位和变形,确保钢结构的功能和质量。

另外,钢结构的设计中,还需注意到钢结构的连续性,设计人员仔细对比设计图纸和规范要求。 本工程钢结构优化与设计过程中,通过预防错位与变形控制,使钢结构稳定性得到显著提升[4]。

3.2 预防应力集中的问题

结合本工程基本情况,钢结构设计优化,应重点控制预应力集中问题。 预应力集中问题是钢结构设计中的关键问题,关键在于确定预应力参数。 但因节点处理不到位,或是制作工艺不合理, 很有可能导致预应力集中的情况, 甚至造成结构损坏。 对于此,建议采取如下防御措施:第一,受弯曲的梁翼板边缘不能有缺口和毛刺等,施工时使用模切割法,切割压缩型的刚断面,并注意半自动气切割机切割板材时,应保证板材边缘具有较好的平整性和圆润性;第二,应力集中预防需要采取表面强化的方法,例如,使用表面喷丸、滚压和氮化等措施,提高材料表面抗疲劳强度,达到预防应力集中的目的;第三,提高应力区的应力,尤其是低应力区的缺口、圆孔,确保低应力区向高应力区实现应力的平稳过渡。

3.3 预防脆性断裂的问题

脆性断裂问题不能得到合理控制, 将造成钢结构脆性断裂,产生十分严重的后果。 控制脆性断裂的过程中,施工人员需要重点保证选材与结构设计的合理性,还要对焊接缺陷进行控制,使钢结构的可靠性得到提升。 焊接过后,施工人员分析气候因素,合理利用低氢焊条,避免应力集中现象。 当焊接完成后,施工人员需要科学进行消氢处理,有效预防脆性断裂问题。

3.4 预防层状撕裂问题的预防

为了实现对钢结构的优化设计, 需要有效预防层状撕裂问题。 钢材层状撕裂,也可称之为夹灰,情节严重将会影响钢材的强度,不利于钢材功能和作用的体现。 所以,针对层状撕裂问题的预防,需要选择合适的坡口,且在焊接处理之前,采取超声波探伤检查方法,避免出现分层或裂纹。 另外,施工人员还可以采用低氢焊条,预防、解决层状撕裂问题[5]。

3.5 残余应力的合理控制

钢结构优化设计必须结合实际,合理控制残余应力。 因为残余应力可能影响到钢结构的刚度性能,所以在控制中,建议施工人员重点分析焊件薄弱的点位,避免出现裂缝。 例如,部分弧形构件的加工尺寸不合理,或是在组装环节使用油泵、千斤顶等工具装配,面临焊接电流过大的状况,也会影响焊接效果,继而造成残余应力。 总结处理方法,建议采用热处理法和加载法。 为了保证残余应力控制的合理性, 还可以选择回火法,有利于优化钢结构性能。

4 结语

宁夏兴垦牧业有限公司第二奶牛场建设项目按照钢结构情况,提出了改进与优化的建议,经过改进的建筑钢结构稳定性得到提升,可有效延长其使用期限。

根据当地建筑钢结构施工建设要求制订改造优化方案,分别提出构件、节点、建筑材料的要求,即加大翼缘厚度、腹板厚度、截面高度等,方法满足计算结果,加强钢结构控制,应用“自发自用,余电上网”模式,延长钢结构使用寿命。

通过此次研究,按照既有建筑物钢结构优化设计要求,理论联系实际,切实减少了建设投资,满足了奶牛场项目的使用功能。

猜你喜欢

建筑面积牛舍钢结构
顶推滑移法在钢结构桥梁施工中的应用
钢结构防火设计规范及要点探讨
首件钢结构构件确认机制在钢结构施工中的应用
牛红眼病如何预防
房屋建筑面积测量研究
发酵床牛舍与散放式牛舍对荷斯坦牛泌乳性能的影响
基于低屋面横向通风牛舍空气交换率优选模拟
建筑面积计算的改进思考
家庭小规模肉牛舍建造
龙岩地区商品房共有建筑面积分摊模型的探讨