单层钢结构厂房的设计优化策略

来源：建筑设计 浏览：- 发布日期：2022-02-17 09:35:14

1、单层钢结构厂房上部结构设计优化

（1）结构软件分析

实际设计工作中，计算基本都是通过软件来完成，选取正确的设计参数至关重要。区分查看指标的假定情况、计算方法以及适用规范，影响计算结果的判别规范。抗震规范对于钢结构框架和单层钢结构厂房对于柱子的长细比控制、柱间支撑地震作用及验算等要求均不同。并且对于软件提示的计算结果超限问题，也需要自行判别。抗震规范对于行业有特殊要求的工业建筑，在抗震设计时应按有关专门规定执行。很多行业也对其行业内建筑出台了相对应的设计规范，针对一些条款提出特别的规定。就门式刚架单层厂房来说，根据最近的门钢规范对与主刚架翼缘宽厚比和腹板的高厚比在适用范围内要求较钢框架要低。

在取横向框架计算后，还应对纵向风荷载和地震力进行计算。可以建立纵向柱列的二维模型，横向刚架的荷载布置在柱顶节点，利用软件计算分析，如果纵向支撑采用桁架连接的话，两个计算方向刚度接近，接近框架的结构形式，建议采用空间模型计算。

（2）结构布置优化

选择合理的纵向柱距和横向跨度。工业厂房的跨度太大或者太小都会造成钢材的浪费。门式刚架的单跨跨度宜为12～48m，柱网纵向间距宜为6～9m。跨度越大，横梁的弯矩越大，相应的柱截面也加大，并且梁的挠度变化率会大过梁弯矩的变化率。超过一定跨度后，变形可能成为更重要的控制因素。

在一定范围内，随着纵向柱距增加，主钢架数量减少，用钢量会减小，檩条、吊车梁和支撑的用钢量增加并不会太多。超过9米时，屋面檩条和墙梁的用钢量会大幅提高。因工艺要求做大柱距时，可通过设置桁架式檩条和增设拉条，考虑屋面板对檩条的稳定性约束等来降低用钢量。

2、基础设计

在设计的过程中，因为参与设计的人员有着不一样的专业水平与能力，不同的设计思路和设计方法一定程度地影响建筑的经济性，合理的计算方法能达到一定的节材目标。钢结构自重轻，在一些风荷载和地震力较大的地区，在柱脚产生很大的弯矩，但竖向力小，导致基础底面积很大。在无吊车设计时可以采用铰接柱脚，仅由柱脚剪力产生的基底弯矩减小很多，并允许产生不超过基底面积15%的零应力区，大大减小基础混凝土量。同时可以在墙体窗台下段设置一定高度的砖墙，通过拉梁传递给基础，利用砖墙的重量减小基础荷载的偏心距，达到控制基础底面积的目的。

3、根据构件受力特点选用变截面杆件

在无吊车单层钢结构厂房的设计过程中，分析其弯矩包络图，在门式刚架中可发现钢梁弯矩呈现跨中及支座处大特点。结合此特点，采用变截面梁和柱，可使钢梁、柱的强度得以充分利用同时，节省了材料，优化了用钢量，降低了工程造价。变截面与等截面相比，前者可以适应弯矩变化，但在加工和连接不如等截面方便。

4、对单层钢结构厂房进行抗震优化设计

地震作用作为建筑结构安全设计的重要影响因素，越来越不可被忽略。钢结构震害往往表现为侧向刚度不足，和连接节点破坏。

抗震规范要求单层钢结构厂房框架柱轴压比小于0.2时长细比不宜大于150，轴压比不小于0.2时，不宜大于120。门刚规范要求地震组合时柱长细比不应大于150。梁柱节点分为刚接和铰接两类。刚接设计时梁腹板宜采用摩擦型高强螺栓与柱连接板连接，梁翼缘与柱翼缘通常采用全熔透坡口焊连接，这种简单，便于施工。抗震设计时，宜采用塑性铰外移的连接形式，如梁上下翼缘处增加盖板，加宽梁翼缘和加腋的方式或采用骨式连接以达到强节点弱构件的设计思想。柱脚节点设计时，宜采用埋入式、外包式，也可采用外露式，抗震设计时优先采用埋入式柱脚。

钢结构建筑形式在近年来广泛使用，单层钢结构厂房以其轻质、高强度、建设周期短等优点，在常用建筑中占比越来越大。在满足结构安全性的前提下，设计人员应不断探究更加经济和受力合理的设计方法。如今，各种优化措施不断得到实践应用，国家相关规范也不断补充完善，各种设计方法和思路也越来越成熟，钢结构的优点不断被发掘出来，推动着建筑行业不断发展。在未来的时间里，对于单层钢结构厂房建筑设计优化的新思路、新方法仍将不会止步，而这就需要设计人员和施工人员的共同努力，才能得以收获成果。