现在中国的钢结构建筑越来越多,放眼看去,不管是高层建筑、机场、火车站、展览中心或者活动中心、博物馆、商场、工厂、景区、桥梁、绿化,随处可见钢结构工程的身影。现代化的厂房更是几乎都以钢结构为主,钢结构厂房的立柱面积少、可以减少占用室内面积、增加可使用空间,抗震性能好,建设工期短,节省资金等,优势十分明显。钢结构厂房的主要原料是钢材,如果设计中注意优化方案,可以减少用钢量,继而有效地降低成本。
下面我们就来看看都有哪些小技巧可以有效的减少钢结构工厂建造使用的钢材又不损害质量呢?
一、建筑物长与宽
一般来说,在布置柱网时应遵循长度大于宽度的原则,能减轻刚架用钢量,同时也能减少柱间支撑的风荷载,从而降低支撑系统的用钢量。
比如建筑物尺寸为60×50m,则在布置厂房时应将60m作为长度方向,50m作为跨度方向,即:60(L)×50(W),而不是50(L)×60(W)。
二、柱距
标准荷载作用下的最经济柱距是8~9m,超过9m时,屋面檩条与墙架体系的用钢量增加太多,综合造价就会提高。标准荷载是指屋面活载0.3KN/m2,基本风压0.5KN/m2,当荷载更大时,经济柱距应相应减少。对于带有10吨以上行车的厂房,经济柱距应该是6~7m。在布置柱距时如需采用不等柱距,由于端跨风荷载要比中间跨大,应尽量将端跨距布置得比中间跨小;在采用连续檩条设计时,端跨的挠度及跨中弯距总是比其他跨要大,采用较小的端跨能使屋面檩条设计更方便节省。
三、跨度
不同的生产工艺流程和使用功能会影响厂房跨度的设计,在尽可能满足生产工艺和使用功能上,应根据房屋的高度确定合理的跨度。一般情况下,当柱高、荷载一定时,适当加大跨度,钢架的用钢量增加不太明显,但节省空间,基础造价低,可提高综合效益。
通过大量计算发现,当檐高6m、柱距为7.5m,荷载情况完全一致下,跨度在18-30m之间的钢架单位用钢量(Q345-B)为10-15kg/m2,当跨度在21-48m之间的刚架单位用钢量为12-24kg/m2,当檐高为12m、跨度超过48m时宜采用多跨钢架(中间设计摇摆柱),其用钢量较单跨刚架节约40%以上,因此设计门式钢架时根据具体要求选择较为经济的跨度,不宜盲目追求大跨度。
四、厂房屋面坡度、是否设置女儿墙
屋面坡度需要根据屋面板的构造,以及屋面排水坡面长度及柱结构高度等综合因素考虑确定,一般取1/10~1/30。不同的屋面坡度对刚架的用钢量有较大的影响。对于单跨钢架,增大屋面坡度可以减少刚架重量,因此坡度越大用钢量越节省。对于多跨框架来说,大的坡度将导致内柱长度增加,坡度大反而会导致框架用钢量增加;当建筑物跨度较大时,坡度增加能降低屋面钢染的挠度;另外屋面坡度的选取还与建筑有无女儿墙有关,坡度则增大将会导致女儿墙造价的增加。
五、檐口高度
檐口高度由这些因素决定:檐口处的净高要求;有夹层时,夹层的净高要求及夹层梁高度;有吊车时,吊车梁及吊车吊钩高度。檐口高度对造价影响较大,檐口高度增加将导致墙面板面积增加,墙面檩条增加,同时柱的用钢量也将增加;如果钢柱无侧向支撑(如中柱,或边柱无法设置隅撑),则檐口高度对框架重量影响将更为突出;檐口高度增加,将导致作用在框架上的风荷载增加。如果檐口高度/建筑宽度 >0.8,为控制侧向位移,有时甚至需要将柱脚由铰改为刚接。
六、温度区段
根据轻钢规程,最大纵向长度不大于300m,横向不大于150m。纵向温度区段的伸缩缝设置可采用双柱布置,或檩条连接采用椭圆孔的单柱伸缩缝。规程所规定的最大长度并非是所有建筑都允许所能达到的长度。对于不同建筑,应根据建筑物本身的使用条件,所在地的自然条件,根据计算所能出最大的温度区段。
七、支撑布置
门式钢架柱网的每个温度区段间应布置完整的支撑体系以形成完整的空间结构体系。轻型门式钢架沿宽度方向的横向稳定性通过刚架的自身刚度来抵抗所承受到的横向荷载来保证。长度方向的纵向结构刚度较弱,需要沿纵向设置支撑来保证纵向的稳定性。支撑所受力主要是纵向风载、吊车刹车力和地震作用以及温度作用等;计算支撑内力时一般假定节点为铰接,并忽略偏心的影响,并且一般的支撑都是按拉杆考虑。所以一般适宜双向布置。尽管有的屋面板有一定的蒙皮效应,但这种作用目前还很难去量化,因此在设计支撑时还不能考虑这种蒙皮效应;柱间支撑应尽量与屋面支撑设在同一跨,当由于墙面有门洞而无法设置时,可以将柱间支撑设在临跨;通常来说,支撑的间距一般不宜超过5跨;当无吊车时宜取30~45m,有吊车时,间距一般不宜大于60m;屋面支撑需要在屋脊处断开。当有抽柱时,如局部抽柱,仅局部设纵向支撑即可;当柱距较大,边柱采用假墙架柱的方案时,以及吊车吨位大于15吨,且带有驾驶室时,需要考虑设置纵向水平屋面支撑。
在同一柱列,不应将不同类型的支撑混用,否则刚度小的支撑受力小,起不到应有的作用,而刚度大的支撑由于超负荷工作而破坏。柱间支撑应优先选择使用交叉支撑。当有高低跨时或带有通长大雨蓬时,需要在高低跨处或大雨蓬处分层设置柱间上支撑和下支撑;当檐口高度大于9m,可根据支撑的夹角设置双层柱间支撑,交叉支撑与水平面的夹角以45°为佳,不宜大于55°;有吊车时,需在吊车梁处分层设置柱间上支撑和下支撑。端开间可不设下层支撑以减少吊车梁的温度应力。