輕鋼結構廠房的結構設計

1、輕鋼結構廠房的結構設計    【摘要】輕鋼結構設計對于建筑工程鋼結構設計來說具有十分重要的作用，對于鋼結構設計的發(fā)展也是具有重大意義的，因此我們應該加強對于輕鋼結構設計的探討。由于我國在建筑行業(yè)，特別是在輕型鋼結構建筑方面的發(fā)展還不是很好，在施工設計中還存在著很多的問題，因此，應該在輕鋼廠房的設計方面多做研究。并且由于我國的輕鋼結構廠房的需求量不斷增加，做好輕鋼結構廠房的設計就會更加的重要。下面筆者就通過自己的研究和工作經(jīng)驗對于輕鋼結構鋼架廠房的結構設計進行分析。 【關鍵字】輕鋼結構，廠房設計，分析研究 中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

2、一、前言 在建筑結構設計中，輕型鋼鋼架的設計是比較常見的，但是，其設計并不是十分的容易。如何進行輕型鋼結構的設計是我們進行設計時首要考慮的問題。但由于目前國內(nèi)系統(tǒng)的論述輕鋼結構的書籍還比較缺乏，設計人員大都根據(jù)輕型房屋鋼結構技術規(guī)程和鋼結構設計規(guī)范進行設計，而部分結構設計人員從事設計時間不長，對設計規(guī)程、規(guī)范理解不夠全面，對輕鋼結構廠房的設計經(jīng)驗不足，以致在設計中出現(xiàn)技術經(jīng)濟不合理現(xiàn)象，甚至造成安全隱患。 二、輕鋼結構典型優(yōu)勢 輕鋼結構屬輕型鋼結構的一種類型，其結構體系，簡言之，是由剛架為承重結構，配套輕型屋蓋和墻體圍護結構，以及相應的支撐系統(tǒng)所組成的結構體系。輕鋼結構和其他材料的結構相比，具

3、有如下優(yōu)點 。 （一）自重輕 輕鋼框架結構重量比很高，墻厚較薄，因此可以使房屋的跨度達到很大，鋼材可根據(jù)不同用途合理分配截面尺寸的高寬比，使用面積較其他結構要提高很多。這種截面模數(shù)大，具有優(yōu)良的力學性能和優(yōu)越的使用性能，結構強度高。輕鋼結構與混凝土結構相比，自重約為后者的一半 。在工程設計中可以根據(jù)實際情況達到個性化的要求 。 （二）結構穩(wěn)定性好，抗震性能突出 輕鋼框架結構穩(wěn)定性良好 ，鋼梁、鋼柱組成柔性框架，可充分發(fā)揮鋼材強度高、延性好 、塑性變形能力強的特點，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲 、震動的能力得以強化。一般而言，其抗震能力是磚混結構的2倍以上，在高烈度的地震災害后，用于修

4、復的費用減少 。而且適合建造在各種地質(zhì)條件的地基上，提高了結構的安全可靠性 。 （三）施工速度快 一般情況下，輕鋼框架結構建筑的施工由于設計標準化、定型化，構件加工制作工業(yè)化，另外加上現(xiàn)場安裝施工的過程中不受氣候影響，簡單快捷，時間相對鋼混結構住宅縮短工時1312，加快了資金周轉，大大提高了投資回報速度 。 三、輕型鋼結構廠房的優(yōu)化設計 1. 剛架最優(yōu)柱距的確定 剛架的柱距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關。隨著剛架柱距的增大，剛架用鋼量是逐步下降的，但當柱距增大到一定的數(shù)值后，剛架的用鋼量隨著柱距的增大其下降的幅度較為平緩，而其他如檁條、墻梁的用鋼量隨著柱距的增大而增加，就房屋的總用

5、鋼量而言，隨著柱距的增大先下降后上升。大量計算數(shù)據(jù)表明：一般情況下，門式剛架的最優(yōu)柱距為69 m，柱距不宜超過9m，超過9m屋面檁條與墻梁體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經(jīng)濟。因此，從綜合分析的角度看，確定合理的柱距才能既節(jié)省鋼材，又使設計真正做到定型化、專門化、標準化以及輕型化，從而推動門式剛架輕型房屋結構體系在我國的發(fā)展。 2合理跨度的確定 在設計中，應該根據(jù)具體房屋的高度來確定合理的跨度，總體來說，當荷載和柱高一定時，我們在設計中就應適當加大房屋的跨度，這樣一來，剛架的用鋼量整體增加不明顯，但卻很大程度上節(jié)省了空間。通過大量計算得出：當檐口高度為7 m、柱距85 m，荷載情況完全一致的

6、情況下，跨度在1848 m之間的剛架單位用鋼量為1835 kgm²，當檐口高度為12 m時(其他情況相同)，跨度在1848 m之間的剛架單位用鋼量(Q235一B)為2540 kgm²，因此，在工藝要求允許的情況下，設計人員選擇方案時應選擇較為經(jīng)濟合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。 3. 截面優(yōu)化設計 實現(xiàn)截面優(yōu)化的方法主要有兩種： （一）窮舉法。首先仔細計算和比較各種合理的構件截面形式，并在滿足具體設計要求的情況下，以用鋼量最少或造價最低作為控制條件，得到滿意的截面尺寸。門式剛架常采用變化構件的截面來適應彎矩的變化以達到節(jié)約鋼材的目的。除腹板的高度變化外，厚度也可根據(jù)需要變化

7、，上、下翼緣可以用不同截面，相鄰單元的翼緣也可采用不同的截面形式。因此，影響整個剛架用鋼量的因素有上、下翼緣寬度、厚度，腹板的厚度，構件大頭、小頭的高度，而且這些因素之間也互相影響，互相不獨立。工程設計從形式上來說，是一種非常嚴格的力學和數(shù)學方法的精確運算過程。 （二）用最優(yōu)化理論。首先可以把問題歸納為一個單目標的問題，用鋼量最少或造價最低最為優(yōu)化的具體目標函數(shù)，應力、位移等可以作為約束條件，最后用我們的數(shù)學方法得到最滿意的解。 事實上，結構設計中起重要作用的并不是那些運算方法和數(shù)學處理，而是一系列難以用精確的計算解決的、具有主觀色彩的決策問題。所以，完全用最優(yōu)化理論來解決截面優(yōu)化設計有很大的

8、復雜性。當設計人員決定了結構形式后，截面優(yōu)化比較簡單易行的方法是按照構件的內(nèi)力來調(diào)整截面尺寸，經(jīng)過試算來確定重量最小的截面。這種方法不但計算次數(shù)少，而且可以人工干預截面優(yōu)化范圍，快速的得到比較理想的截面尺寸。 4. 柱腳設計 輕鋼結構柱腳形式有兩種：即鉸接柱腳和剛接柱腳。對于鉸接柱腳，基礎僅受軸心荷載作用，設計相對比較簡單。但部分輕鋼節(jié)結構廠房都有吊車，依據(jù)輕鋼結構剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程規(guī)定：用于工業(yè)廠房且有5 t以上的橋式吊車時，宜將柱腳設計成剛接；技術措施結構2003)規(guī)定：當設有橋式和梁式吊車時，輕鋼結構剛架柱宜采用等截面構件，柱腳應設計成剛接。因此5 t以上的橋式和梁式吊車的門剛結

9、構柱腳應設計成剛接；3 t及以下懸掛式吊車和無吊車的門剛結構，柱腳才可以設計成鉸接。有較大吊車的房屋，柱頂位移較大，柱腳采用剛接，使得每榀剛架形成超靜定結構，不但能減小柱頂位移而且具有更大的安全儲備。對于高寬比和風荷載較大的無吊車門剛結構，柱腳也宜設計成剛接。 同時當柱底板與混凝土基礎間的摩阻力不足以抵抗全部的水平剪力時柱腳還應設置抗剪鍵，抗剪鍵的設置需要計算。在基礎施工時應留置鍵槽，鍵槽每側寬出抗剪鍵不小于30 mm，底部空隙高度不小于20mm。在柱腳底板和基礎頂面之間留有一定空間，柱腳鉸接時不宜大于50 mm，柱腳剛接時不宜大于100 mm。 五結束語 近年來，我國的建筑工程建設事業(yè)也在快

10、速的發(fā)展著，同時由于近些年我國彩色剛的產(chǎn)量的增加，輕型鋼逐漸在建筑工程中的應用越來越普遍，已經(jīng)成為現(xiàn)代大跨度廠房的首選了。輕型鋼門式鋼架結構在建筑結構設計中是普遍存在的，因為這種結構設計具有很強的優(yōu)勢，是其他一些建筑結構設計所無法比擬的。但是這種鋼結構設計在某些地區(qū)目前還不是很成熟，在建筑工程中的應用不是很好。因此，為了更大范圍的發(fā)揮這種結構設計的優(yōu)勢，確保這種鋼結構設計的質(zhì)量，我們就需要對該種鋼結構設計進行分析，克服在輕型鋼門式結構設計中存在的問題，掌握其設計技術，使輕型鋼門式結構設計得到更大的發(fā)展。 參考文獻： 1 白洪源; 余洋 關于輕鋼廠房結構設計的幾處解惑工程建設與設計2011-08-20期刊 2 賀劍 門式剛架輕鋼結構廠房的鑒定與加固方法研究同濟大學2008-03-01碩士 3 鄒劍強; 付桂宏; 徐克利 設有100/20t吊車的重型鋼結構廠房結構設計建筑結構2006-0