单层钢结构厂房平面刚架优化设计探讨

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1、单层钢结构厂房平面刚架优化设计探讨　　　[摘要]采用STS计算刚架时，为优化设计，减少刚架用钢量，提出了控制参数的建议值，并通过论证和工程实践证明了参数建议值的可行性，可供结构设计人员参考和探讨。　　[关键词]刚架用钢量容许长细比挠度容许值活荷载不利布置　　0引言　　目前，单层钢结构厂房多采用刚架体系，根据其结构特点，可按规则结构采用平面模型进行计算，当采用由中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的钢结构分析与设计软件STS中的框排架平面模型计算刚架时，需要结构设计人员根据相关规范的规定和结构的具体情况输入一些

2、控制参数，这些参数取值的不同，会对计算结果产生很大影响，导致增加不必要的钢材量而造成浪费，为优化设计，减少刚架用钢量，现对部分控制参数的取值做如下探讨。　　1设计规范的选择　　设计人员应根据结构类型选择相应的规范进行验算，对单层钢结构厂房一般应选择《钢结构设计规范》GB50017―XX，对符合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：XX的单层轻型钢结构厂房可选择《门规》，当然，也可按《钢规》进行验算，因为按《钢规》第条的规定，它适应于工业与民用房屋和一般构筑物，对非冷弯薄壁型钢结构的普通钢结构均可按该规范

3、进行验算。作为国家强制性标准的《钢规》与协会推荐性标准《门规》相比，《钢规》对结构、构件及板件的要求一般要偏严，自然会导致用钢量的增加，至于增加比例会因工程具体情况的不同有较大差异。通过对多项实际工程中刚架的计算，对符合《门规》规定的单层轻型钢结构厂房按《门规》验算与按《钢规》验算相比，对Q235钢减少10%左右，对Q345钢减少15%左右。此外，在抗震设防区采用《门规》进行验算的单层轻型钢结构厂房，按《建筑抗震设计规范》GB50011―XX第条的规定，可不必遵循其相关规定，所以用钢量还会有一定减少。　　2受压构件

4、容许长细比的取值　　按《钢规》第条的规定，受压构件的容许长细比为150，与钢材的牌号无关。但按《抗规》第条的规定，在抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计，其中包括计算和构造，按《抗规》第条的规定，长细比限值为，其中为钢材的屈服强度，对Q235钢取120，对Q345钢取99。显然，如果严格执行《抗规》对单层钢结构厂房抗震构造措施的规定，刚架柱用钢梁量会大幅增加，主要发生在截面为H形的实腹柱段，其弱轴方向为刚架的平面外，平面外的长细比易成为截面设计的瓶颈，导致强度不能充分发挥，对Q345钢就更为明显，以

5、致其高强度的优势不能发挥。为优化设计，降低刚架的用钢量，现根据结构的自身特点，灵活运用《抗规》提高结构抗震能力的精神，对其规定的长细比限值予以放宽，对Q235钢取150，对Q345钢取120，主要是考虑到以下原因：《抗规》对单层钢结构厂房抗震构造措施的规定主要是针对重型屋盖的，按其第条的规定，不适用于单层轻型钢结构厂房，因对“轻型”的概念难以界定，但对采用轻型屋盖的刚架，至少在一定程度上具备“轻型”的结构特性。此外，因其屋盖重力荷载代表值较小，在作用效应的组合中，对8度及以下抗震设防区，水平地震作用效应参与的组合一

6、般不控制，按《门规》第条的规定，可不必遵循《抗规》的构造措施。采用适当放宽的长细比限值计算刚架与严格执行《抗规》长细比限值相比，刚架柱的用钢量会有所减少，减少比例会因工程具体情况的不同有较大差异，通过对多项实际工程中刚架的计算，对Q235钢减少5%左右，对Q345钢减少8%左右。　　3梁挠度容许值的取值　　按《钢规》附录A第条的规定，刚架梁挠度容许值[vT]为L/400，L为梁的跨度。因刚架梁的跨度一般较大，如果严格按该限值控制，挠度往往成为梁截面设计的瓶颈，钢材的强度不能充分发挥，以致梁的用钢量有明显增加。对Q3

7、45钢就更为明显，因为钢材的强度并不提高梁的抗弯刚度，以致高强优势不能发挥，为优化设计，降低刚架梁的用钢量，对该限值予以放宽取L/300，主要是考虑到以下因素：因刚架梁支承的为轻型屋面，可借鉴《门规》对刚架梁挠度的限值，按其第条的规定取L/180，但考虑到刚架多设置重级工作制的吊车，对屋盖刚度要求较高，而未直接采用该限值。此外，在我们近几年的多项实际工程中，刚架梁的挠度限值均采用了L/300，至今均未发现问题。至于限值L/300能否继续放宽，还需要今后做大量的实践和论证工作。刚架梁挠度限值取L/300计算刚架与取L

8、/400相比，刚架梁的用钢量会有大幅减少，减少比例会因工程具体情况的不同有较大差异，通过对多项实际工程中刚架的计算，对Q235钢减少10%左右，对Q345钢减少15%左右。需要注意的是，对设置电动葫芦的刚架梁，为避免因梁的挠度过大影响葫芦的正常使用，应严格控制梁的挠度，限值取L/400。　　4是否考虑活荷载不利布置　　是否考虑活荷载的不利布置是设计人员根据工