钢构房屋造价中国科技期刊数据库  工业C
2015年22期  133
刘红霞
中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176
摘要：随着高能耗、低效率和破坏环境的建筑材料的逐步退出市场，新型钢材以低耗、高效、环保的特性脱颖而出。近年来，钢材逐渐在建筑行业中占据了主导地位，尤其是轻钢结构在工业厂房的应用，逐渐取代了钢筋混凝土排架结构体系，并且轻钢结构具有高强高韧性、抗震、轻质、不消耗土木、投资回收快等优势。轻型钢结构以其自身的优越性已经在工程中得到合理的、迅速的应用。
关键词：轻钢结构厂房；优化设计 中图分类号：TU392.1  文献标识码：A  文章编号：1671-5810(2015)22-0133-01
1 工程概况
某精密机电有限公司一期新建工程冲压/电工厂项目，
建筑面积14 164m 2
，长87m ，宽117m ，中间柱距12m ，两侧边跨柱距7.5m ，最大柱网尺寸12m ×12m ，刚架檐口标高12.450m ；厂房共10跨，边跨为10.5m ，中跨为12m ，其中边部一侧3跨为局部夹层，其余7跨每跨间均有3t 单梁地操吊车多台；屋面为弧形屋面，主体圆弧半径R=117m ，不上人轻钢屋面采用双层彩钢板加保温棉形式，屋面采用不锈钢天沟有组织排水。平面布置如图1所示。
2 厂房优化设计采取的措施
结合本工程的建筑特点，根据GB 50017-2003《钢结构设计规范》、CECS 102:2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》等相关的国家规范、规程，在满足原使用要求的基础上，为合理降低造价，减少用钢量，从以下各方面进行了优化设计。
2.1 结构体系的选择
在主体结构设计之前，结构体系的选择对工程本身起着至关重要的作用，特别是像这样一个既有吊车又有局部夹层、稍微复杂一些的结构。本工程原设计整个厂房采用的是双向刚接，即横向和纵向都设置了钢梁，钢梁与钢柱之间的连接采用刚性节点，软件计算分析时采用空间三维建模。在优化设计时提出主体结构采用“单向刚架（横向）+支撑（纵向）”体系，厂房总体考虑框排架结构，即一侧为刚架方向（梁
柱连接为刚接），另一侧采用设柱间支撑的形式（梁柱连接为铰接）。在主框架结构设计过程中，由于本工程跨度只有12m ，为便于构件的制作和实现标准化，夹层梁和屋面梁，尤其是屋面梁均按照等截面梁进行设计。对于其他跨度较大的轻钢厂房（超过15m ），建议根据荷载作用下刚架的受力特点，结合考虑构件的制作、运输等情况，对屋面梁进行合理分段和截面设计，框架中间钢梁采用等截面，跨度的两端钢梁采用加腋变截面梁，利用截面变化，使各截面组合内力与材料设计强度的比值尽可能接近，即采用满应力设计，从而使得刚架的设计经济合理。
2.2 对厂房内夹层楼面次梁的设计方法
楼面钢结构次梁一般按照简支梁考虑，而简支梁又分为组合梁和非组合梁。原施工图对厂房内夹层处按照空间建模，且楼面梁按照非组合梁进行设计计算。在优化设计时框架模型由原来的空间结构模型改为平面结构模型，即只建立1榀刚架的模型进行计算，框架与框架之间次梁采用铰接连接，次梁亦按照铰接组合梁考虑，设计参数（整体稳定、局部稳定、挠度、栓钉数量间距等）控制均按照普钢要求。
2.3 檩条墙梁的设计考虑
从节省用钢量的角度来看，应尽量减少使用C 型简支檩条，而多采用Z 型连续檩条，因为根据力学模型，同截面连续梁的承载力远大于简支梁，在该工程的设计时都按照连续檩条考虑，在不影响采购、制作和安装的情况下，把檩条高度稍微增高、钢板厚度稍微减薄，这种做法在一般情况下也
比较经济。经过后期统计比较，原设计用钢量为185.6t ，现设计用钢量为169.3t ，具有一定的经济效益。至于墙梁，若工程中窗洞口或设备洞口较多，则一般不采用Z 型连续形式，为施工方便，建议统一采用简支C 型，本工程均采用了简支C 型墙梁，用钢量未有变化。
2.4 系杆支撑系统的设置
多数梁柱在计算中，都是平面外稳定起控制作用，可在梁上或边跨柱上设隅撑，让它与檩条、墙梁组成受力体系，可以减少梁柱平面外计算长度。对于中柱，由于没有墙面，无法做隅撑，则可通过设置通长系杆来减少柱平面外计算长度，本工程取消了原施工图中位于柱顶和吊车梁处的大量纵向钢梁，柱顶采用圆管作为系杆，吊车梁标高处则采用吊车梁兼作系杆，以减少柱平面外的计算长度。由于原设计采用空间结构三维建模，纵向方向的位移控制全部由纵向钢梁承担，优化后的结构体系在横向为平面结构体系，在纵向根据结构需要在不同位置设置柱间支撑，来承担厂房的纵向水平力。根据工艺要求，在单层厂房以吊车梁牛腿为界，上柱采用单角钢支撑，下柱采用双角钢支撑，局部采用桁架式支撑；二层结构处为不影响正常使用，考虑设置人字形或八字形型钢支撑。
2.5 围护及其他构造的优化
彩钢板由于板型、基板厚度、镀（铝）锌层厚度、厂家的不同，价格会有较大的差别；保温层有超细玻璃丝棉、岩棉等之分；天沟材料分为不锈钢、彩板、钢板。以上围护材料选择的差异，都会影响厂房的
总造价。本工程在不改变原建筑风格的前提下，采用市场常用的围护材料，也节省了一部分投资，避免了一些不必要的浪费。
本示例工程原施工图总用钢量（包括主构件、檩条墙梁、支撑系统）为1494t ，优化后施工图总用钢量为888t ，取得了一定的经济效益。该工程于2007年底建成投入使用，经多次回访，得知本厂房现已满负荷使用，未发现任何异常情况。
3 结语
可看出钢结构的优化设计大有可为，优化设计不但在经济效益上较为明显，而且使结构的受力更加合理，但优化设计绝不能以降低结构的安全度来换取经济效益。在轻钢厂房结构设计中，要明确判别轻钢厂房的适用范围，在计算过程中选用正确的规范及相应的参数； 其次，从摇摆柱、隅撑的布置方面，解决上述文章所提出应注意的问题； 同时合理设置支撑，保证结构的整体性。
参考文献
[1]朱小明. 轻钢门式刚架钢结构抗震作用下的节点优化设计[J]. 建筑知识：学术刊，2011（11）：51-52.
[2]童敏. 大吨位吊车门式刚架轻型钢结构厂房的优化设计探究[J]. 建筑界，2013（3）：57-58.
[3]刘刚. 钢结构厂房工程施工管理控制要点[J]. 科技致富向导，2013（24）：210.