浅谈门式刚架轻型房屋钢结构体系柱距布置中的优化

浅谈门式刚架轻型房屋钢结构体系柱距布置中的优化

张承宗

云南省农业工程研究设计院 云南省昆明市 650021

摘要：基于产能升级，大跨度工业厂房需求量加大，门式刚架轻型房屋钢结构体系运用也越来越多，结构的布置对经济性产生较大的影响。作者通过对近几年设计中发现的问题进行了分析，得出在设计应注意的事项和解决思路。

关键词：大跨度；大空间；单层厂房；门式刚架轻型房屋钢结构体系；用钢量。

1 引言

近几年随着经济发展加速，产能不断提升，大跨度、大空间厂房的需求也越来越高，24m-30m的大跨度厂房越来越多，门式刚架轻型房屋建筑钢结构体系以其建造速度快、结构重量轻、制作工艺简单等优势，在厂房建造中运用越来越多，在不同跨度的条件下，平面布置对经济性影响较大。因此在保证建筑物的承载力、刚度、耐久性等条件下，合理的选择跨度和柱距可以带来明显的经济效益。本文通过对27m跨单层厂房在6m、8m、9m柱距的布置情况下上部结构钢材用量进行对比进行讨论。提出在高度、跨度一定的情况下最优的柱距设计。

2 设计条件

（1）某单层单跨标准厂房，跨度27m，建筑长度81m，高度8.5m，屋面坡度10%，抗震设防烈度7度（0.10g），地震分组第三组，二类场地土，基本风压0.4KN/㎡，屋面恒载0.3KN/㎡，屋面活载0.5KN/㎡，基本雪压0.4KN/㎡(R=100)。钢材均采用Q345级钢。钢柱平面外计算长度取8.5m，钢梁平面外计算长度取6.75m（支撑间距,负弯矩区段考虑隅撑作为钢梁平面外侧向支撑的作用），结构平面布置图详图一，标准刚架详图二。

（2）单层单跨标准厂房，跨度30m，建筑长度126m，高度8.5m，屋面坡度10%，抗震设防烈度7度（0.10g），地震分组第三组，二类场地土，基本风压0.4KN/㎡，屋面恒载0.3KN/㎡，屋面活载0.5KN/㎡，基本雪压0.4KN/㎡(R=100)。钢材均采用Q345级钢。钢柱平面外计算长度取8.5m，钢梁平面外计算长度取6.75m（支撑间距,负弯矩区段考虑隅撑作为钢梁平面外侧向支撑的作用），结构平面布置图详图1、图2，标准刚架详图3。

图1  27m跨平面结构布置图

图2  30m跨平面结构布置图

图3  标准榀刚架示意图

计算采用PKPM-STS模块进行二维计算，计算均能满足规范限定的控制指标。限于篇幅关系，本文略去具体的计算。

3.不同柱距情况下主刚架构件综合指标（27m跨见表1、30m跨见表2）

表1  27m跨主钢架构件截面明细表

表2  30m跨主钢架构件截面明细表

4 综合分析

通过以上对两幢单层厂房进行选才及计算分析，可得如下初步结论。

（1）从用钢量上来看，柱距越大主钢架的单位含钢量越低，檩条、系杆、水平支撑和柱间支撑用钢量会略有增加。笔者采用C型钢冷弯薄壁檩条进行设计，檩距1.5m，钢材均采用Q235级钢，分别对6m、6.5m、7m、7.5m、9m屋面檩条及墙面檩条进行了设计计算，详表3、表4。檩条用钢量略有提高。6m（6.5m）屋面檩条每平米增加每平米4.44kg，7m（7.5m）、9m屋面檩条每平米分别增加0.65kg、1.97kg ；6m（6.5m）墙面檩条每平米增加每平米4.44kg，7m（7.5m）、9m屋面檩条每平米分别增加0.65kg、1.45kg。其他次结构如屋面支撑、柱间支撑、隅撑、拉条、刚性细杆等构件差别不大，在此就不再赘述。可以看出，两幢厂房从单位含钢量来看，都是9m柱距时最低，6m/6.5m柱距时最高，7.0m/7.5m时次之。从地基基础上来看，由于该结构体系自重轻，对地基基础的要求相对底，在地质情况相同的情况下以上几种柱距的布置情况下基础结构差别不大，通过加大柱距的调整可以较少基础的数量，同时减少混凝土和钢筋的用量。

表3  屋面檩条选用表

表4  墙面檩条选用表

（2）从厂房的建筑使用功能布置上来看，厂房里往往会布置一些大型设备，设备基础的布置在大柱距的情况下不易出现基础碰撞，给工艺布置提供更加灵活的空间，同时也能较好的提供内外物流通道。

（3）从施工上来看，扩大柱距后，减少了刚架的榀数，减少了吊装次数，降低了劳动强度，可加快施工速度。

5 结语

从以上两个单层厂房的设计来看，在不改变结构形式，不降低结构可靠度的前提下，在大跨度门式刚架轻型房屋钢结构体系中，在跨度一定时，通过柱距优化布置可以提供较好的空间，提供更加灵活的工艺布置条件，获得更好的经济性。

参考文献

［1］《工程结构通用规范》GB5001-2021［S］.北京：中国建筑工业出版社，2021.

［2］《钢结构设计标准》GB50017-2017［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2017.

［3］《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015［S］北京：中国建筑工业出版社，2015.

［4］但泽义，柴昶，李国强，童根树《钢结构设计手册》 (第四版) ［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，2019.

［5］魏潮文，弓晓芸，陈友泉 《轻型房屋钢结构应用技术手册》［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，2005.