單層鋼結構廠房的設計優化策略

來源：建科 瀏覽：- 發布日期：2022-02-17 09:35:14

1、單層鋼結構廠房上部結構設計優化

（1）結構軟件分析

實際設計工作中，計算基本都是通過軟件來完成，選取正確的設計參數至關重要。區分查看指標的假定情況、計算方法以及適用規范，影響計算結果的判別規范。抗震規范對于鋼結構框架和單層鋼結構廠房對于柱子的長細比控制、柱間支撐地震作用及驗算等要求均不同。并且對于軟件提示的計算結果超限問題，也需要自行判別。抗震規范對于行業有特殊要求的工業建筑，在抗震設計時應按有關專門規定執行。很多行業也對其行業內建筑出臺了相對應的設計規范，針對一些條款提出特別的規定。就門式剛架單層廠房來說，根據最近的門鋼規范對與主剛架翼緣寬厚比和腹板的高厚比在適用范圍內要求較鋼框架要低。

在取橫向框架計算后，還應對縱向風荷載和地震力進行計算。可以建立縱向柱列的二維模型，橫向剛架的荷載布置在柱頂節點，利用軟件計算分析，如果縱向支撐采用桁架連接的話，兩個計算方向剛度接近，接近框架的結構形式，建議采用空間模型計算。

（2）結構布置優化

選擇合理的縱向柱距和橫向跨度。工業廠房的跨度太大或者太小都會造成鋼材的浪費。門式剛架的單跨跨度宜為12～48m，柱網縱向間距宜為6～9m。跨度越大，橫梁的彎矩越大，相應的柱截面也加大，并且梁的撓度變化率會大過梁彎矩的變化率。超過一定跨度后，變形可能成為更重要的控制因素。

在一定范圍內，隨著縱向柱距增加，主鋼架數量減少，用鋼量會減小，檁條、吊車梁和支撐的用鋼量增加并不會太多。超過9米時，屋面檁條和墻梁的用鋼量會大幅提高。因工藝要求做大柱距時，可通過設置桁架式檁條和增設拉條，考慮屋面板對檁條的穩定性約束等來降低用鋼量。

2、基礎設計

在設計的過程中，因為參與設計的人員有著不一樣的專業水平與能力，不同的設計思路和設計方法一定程度地影響建筑的經濟性，合理的計算方法能達到一定的節材目標。鋼結構自重輕，在一些風荷載和地震力較大的地區，在柱腳產生很大的彎矩，但豎向力小，導致基礎底面積很大。在無吊車設計時可以采用鉸接柱腳，僅由柱腳剪力產生的基底彎矩減小很多，并允許產生不超過基底面積15%的零應力區，大大減小基礎混凝土量。同時可以在墻體窗臺下段設置一定高度的磚墻，通過拉梁傳遞給基礎，利用磚墻的重量減小基礎荷載的偏心距，達到控制基礎底面積的目的。

3、根據構件受力特點選用變截面桿件

在無吊車單層鋼結構廠房的設計過程中，分析其彎矩包絡圖，在門式剛架中可發現鋼梁彎矩呈現跨中及支座處大特點。結合此特點，采用變截面梁和柱，可使鋼梁、柱的強度得以充分利用同時，節省了材料，優化了用鋼量，降低了工程造價。變截面與等截面相比，前者可以適應彎矩變化，但在加工和連接不如等截面方便。

4、對單層鋼結構廠房進行抗震優化設計

地震作用作為建筑結構安全設計的重要影響因素，越來越不可被忽略。鋼結構震害往往表現為側向剛度不足，和連接節點破壞。

抗震規范要求單層鋼結構廠房框架柱軸壓比小于0.2時長細比不宜大于150，軸壓比不小于0.2時，不宜大于120。門剛規范要求地震組合時柱長細比不應大于150。梁柱節點分為剛接和鉸接兩類。剛接設計時梁腹板宜采用摩擦型高強螺栓與柱連接板連接，梁翼緣與柱翼緣通常采用全熔透坡口焊連接，這種簡單，便于施工。抗震設計時，宜采用塑性鉸外移的連接形式，如梁上下翼緣處增加蓋板，加寬梁翼緣和加腋的方式或采用骨式連接以達到強節點弱構件的設計思想。柱腳節點設計時，宜采用埋入式、外包式，也可采用外露式，抗震設計時優先采用埋入式柱腳。

鋼結構建筑形式在近年來廣泛使用，單層鋼結構廠房以其輕質、高強度、建設周期短等優點，在常用建筑中占比越來越大。在滿足結構安全性的前提下，設計人員應不斷探究更加經濟和受力合理的設計方法。如今，各種優化措施不斷得到實踐應用，國家相關規范也不斷補充完善，各種設計方法和思路也越來越成熟，鋼結構的優點不斷被發掘出來，推動著建筑行業不斷發展。在未來的時間里，對于單層鋼結構廠房建筑設計優化的新思路、新方法仍將不會止步，而這就需要設計人員和施工人員的共同努力，才能得以收獲成果。