钢结构优化设计问题探析

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1、钢结构优化设计问题探析　　【摘要】本文主要从柱网布置、结构体系、支撑布置、围护构造、节点结构等方面，详细阐述钢结构工程优化设计注意要点，提出了钢结构仓库的设计与计算要求，充分考虑主体结构的设计特点及常见的计算注意要点，结合业主的使用要求完成钢结构仓库设计，以供同仁参考之用。【关键词】钢结构；仓库；优化设计　　前言：　　钢结构工业厂房自身具有自重轻、强度高、施工工期短等特点，故一直受到建设企业的青睐。随着物流产业这几年在中国的兴起，越来越多的大跨度、大柱距的钢结构物流仓库被投入使用。物流仓库经过几年的发展，也逐渐形成标准化、模块化。投资方一般会要求钢结构工程公司按建筑的

2、方案图进行带设计用钢量投标，而笔者作为钢结构工程公司的设计人员深感此行业的竞争激烈。　　　　1.钢结构仓库的结构特点　　作为出租性质的钢结构仓库，为满足各种承租公司的不同物流种类的需求，以及货物堆放与运输的灵活性，需要仓库的经济合理的情况下做到大跨度、大柱距，且要求中柱列的支撑应采用门式刚架支撑形式。屋面一般采用单层压型钢板加保温棉，再配合冷弯薄壁型钢檩条骨架，形成较为经济的屋面围护系统。墙面为满足仓库的装卸货物需要，在装卸平台一侧设置带撑杆的大雨篷及大滑升门，而另一侧按防火分区设置小逃生门。为降低造价，根据墙面的洞口布置情况，纵向支撑在遇害到大洞口时，需改成门式刚架

3、支撑结构，门洞不影响时，可设置圆钢交叉支撑。　　2.钢结构仓库主要组成部分　　钢结构屋盖结构设计　　钢结构屋盖的承重构件主要由冷弯薄壁型钢檩条与拉条、撑杆组成，截面形状一般为“C”型或“Z”型。计算时荷载导荷明确，计算简图清晰，构件的强度一般都用到比较极限，安全储备较低。设计人员在进行优化设计时，很容易忽略板件的负公差、加工开孔的损耗以及环境对冷薄壁型钢的腐蚀影响。如果再考虑上在安装、制造与使用过程中各种因素的影响，容易造成钢结构体系的屋盖承载力不足，变形过大，甚至产生严重破坏。屋面系统的破坏会产生连锁反应，刚架可能会因屋面檩条的破坏拉力作用，出现扭转、弯曲，直至倒塌

4、。因此，设计人员也应重视屋盖系统的围护构件的设计。　　屋盖系统是第一个承受荷载的体系，应在计算时充分考虑实际可能出现的各种布置情况，且在没有充分依据时，构件设计应留有一定的安全储备。实际工程中有发现部分厂家为竞争，屋面檩条计算时，活荷载采用规范的最低限值按一次性加载计算，忽略了施工阶段的不利情况。活荷载一次性加载计算结果比活荷载按不利布置计算结果，应力比会小80%左右，两者计算结果相差较大。笔者认为活荷载一次性加载的计算方式不妥，也不符合规范对概率理论设计方法的要求。　　墙面围护结构设计　　目前，一般认为墙梁构件采用“C”型或“Z”型的冷弯薄壁型钢，壁厚较薄，为比较省

5、钢的做法。在进行墙梁计算时，要考虑风荷载的变异性，及拉条支撑的布置情况。风荷载有压力与吸力情况，对于墙梁计算就会产生墙梁的内、外翼缘均有可能出现受压变形的情况。因此，计算中考虑了拉条作用于墙梁的内、外翼缘，实际施工时应计书中的支撑条件布置图内外的支撑拉条。当有内外墙板与墙梁打钉连接时，墙板可充当拉条作用，可取消拉条的设置。　　屋面钢梁结构　　屋面钢梁为主刚架结构的重要组合部分，而主刚架结构在整个仓库结构的用钢量中所占的比例会达到50%左右。因此，屋面钢梁的优化设计也是各个钢构厂家的重点。　　屋面钢梁的设计根据刚架的弯矩包络图，按满应力设计法来进行屋面梁的分段。对于无吊

6、车的仓库钢结构工程，与边柱连接的梁段长度取刚架跨度的倍，与中柱连接的两侧梁段长度取刚架跨度的倍，剩余的中间段长度再由运输条件的做适当调整，一段梁长在15米以内为比较合适的运输长度。　　对于仓库结构，屋面为轻钢结构，屋面梁的优化设计主要是利用较薄的腹板，做到较高的梁截面，在满足规范要求的情况下，充分利用钢梁的高厚比来达到较为经济的断面选择。目前有些设计人员在优化钢梁截面时，700mm高的梁截面腹板用了5mm厚。首先，这种截面梁加工时，腹板容易产生变形，即使在组立焊接前，钢板有做预热处理，这么高的腹板高度是很难控制腹板的波浪变形的；其次，根据《建筑钢结构防腐蚀技术规程》条

7、规定：在大气腐蚀环境下，钢结构杆件采用钢板组合时，截面最小厚度不应小于6mm。设计人员做优化设计时，应综合考虑加工问题与结构所在地的大气环境，合理选择构件断面，保证结构在设计年限内的安全性。建议：屋面钢梁的腹板高厚比取小于等于，在选用5厚腹板时，梁截面高度宜小于等于600mm。　　结构支撑系统问题　　轻刚结构屋盖采用交叉圆钢与圆管系杆组合的支撑结构，与柱间门式支撑或交叉支撑组成闭合的一组支撑系统。当刚架间距较大时，屋面圆钢支撑自身的重量就会使其产生下挠，直径越小下挠程度越明显，会让人觉得没有张紧，产生不安全感。因此，圆钢在计算满足的情况下，也应综合使