柱距對重型門式剛架廠房經濟性的影響

阮左正

（沈陽鋁鎂設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110001）

1 重型鋼結構廠房計算和分析

在工業廠房設計領域，常見的柱距有6m、7.5m、9m和12m，優時會出現局部抽柱，要求15m以上的柱距，但并不多見。本文以6m的普通柱距重型鋼結構廠房為例進行計算分析。

1.1 工程背景

某工業廠房，采用門式剛架結構，標準柱距為9m。廠房內配備橋式天車。吊車荷載較大所在跨鋼柱采用格構柱，其它采用焊接型鋼柱，鋼梁均采用焊接型鋼梁。該廠房的剖面如圖1所示。

圖1 剛架立面圖

1.2 設計參數

屋面活載0.5kN/m2

基本風壓0.55kN/m2

基本雪壓0.55kN/m2

灰荷載0.3kN/m2

地震設防烈度：7度0.1g；設計地震分組為第一組。

起重機參數見表1：

表1 吊車型號及荷載

1.3 剛架計算和分析結果

結構計算軟件采用建研院開發的PKPM軟件，通過二維建模計算單榀剛架。剛架柱截面特性見表2；剛架梁截面特性見表3；剛架梁和柱應力比見圖2。

表2

表3

圖2 剛架梁和應力比圖

1.4 吊車梁的設計分析

（1）車資料見表4（以柱距9m為例）

表4 計算輸入數據

（2）鋼吊車梁橫斷面尺寸及計算結果（見圖3）

圖3 9m跨吊車梁橫斷面尺寸

1.5 屋面和墻面檁條設計分析

屋面檁條設置雙層拉條，約束上下翼緣。墻面檁條設單層拉條，設在靠近廠房的一側，僅約束墻梁內翼緣，而墻面壓型鋼板能阻止所在側翼緣墻梁的側向失穩。檁條截面尺寸的計算結果如下：

檁條形式:卷邊槽形冷彎型鋼C280×80×25×3.0

墻梁形式:卷邊槽形冷彎型鋼C250×75×20×2.5

2 整體鋼材量對比和分析

上節中，詳細論述了柱距為9m的某重型鋼結構工業廠房的主框架、吊車梁、檁條系統的計算過程。在同樣的外部參數和控制指標下，對另外3種柱距下鋼結構廠房進行分析計算，并得到不同柱距下廠房鋼材量。

2.1 剛架梁和剛架柱鋼材量分析

對于柱間距為6m、7.5m、9m和12m時的剛架內力和鋼材量見表5。

表5 不同柱距下剛架梁和柱的應力比、變形梁和鋼材量

不同柱距下每平米剛架鋼材量見圖4。

圖4 剛架單位面積鋼材量

2.2 鋼吊車梁鋼材量計算和分析

通過計算分別確定了其它3種跨度吊車梁的截面，分別為：如圖5所示。

圖5

經計算和分析后，4種吊車梁的鋼材量見表6。

表6 吊車梁鋼材量

從圖6中可知，當廠房柱距小于9m時，吊車梁系統鋼材量大概以15%幅度增加，當柱距為12m時，吊車梁系統鋼材量發生了突然變化。若起重機起重量很大，或柱距再增加，比如18m、24m，吊車梁系統中的鋼材量將迅速變化。因此，從經濟角度考慮，大柱距吊車梁應采用桁架式或魚腹式。

圖6 單位面積吊車梁鋼材量

2.3 廠房檁條系統鋼材量計算和分析

對于12m跨墻面檁條，應采取措施減小跨度，常規做法是在中間設置墻架柱，因此6m和12m跨度的墻面檁條截面相同。經計算采用C160×60×20×2.2。而7.5m跨墻面檁條采用C200×70×20×2.5。經計算后的單位面積墻面檁條鋼材量見圖7。

圖7 單位面積墻面鋼材量量

對于12m跨屋面檁條，可采用薄壁H型鋼，經計算采用H200×150×3.2×4.5;或者在跨中增設一道剛架梁，減小檁條跨度。此時，6m和12m跨度的屋面檁條可采用同一截面，即C200×70×20×3。7.5m跨屋面檁條采用C250×75×20×3。經計算后的單位面積屋面檁條鋼材量見圖8。

圖8 單位面積屋面檁條鋼材

由圖7，8可得出：隨著柱間距的增大，檁條系統的鋼材量也隨之而增加，且增加幅度逐漸遞增，12m柱距檁條的用鋼量是6m柱距檁條用鋼量2倍之多，因此大柱距帶來的影響是檁條系統鋼材量大幅增加。

2.4 四種柱距鋼結構廠房總體鋼材量對比

根據上述分析，四種柱距下廠房的總鋼材量見表7。

表7 單位面積總鋼材量統計（kg/m2）

從上表可得出，隨著柱距的增加，門式剛架本身所用鋼材占總鋼材用量的比例逐漸降低，起決定性作用的將是輔助構件體系，比如屋面檁條、墻面檁條、吊車梁體系等等。所以，當柱間距為12m時，重型鋼結構廠房的鋼材量可能會突然增加。

4 結論

（1）對于類似于本工程的門式剛架結構，主體剛架鋼材量占整個廠房結構鋼材量的比例會隨著柱距不斷減小，而吊車梁、檁條系統等輔助構件的鋼材量占比會不斷加大，因此合理布置次級構件和輔助構件可能更有利于節約鋼材。

（2）類似于本工程鋼結構工業廠房，僅從鋼材量這一指標來衡量，6m、7.5m的柱距似乎更合理，但是廠房的經濟性是由人工成本、機械成本、安裝成本等諸多指標決定的。而9m柱距的廠房布置更靈活，美觀，安裝成本也較低。因此建議綜和考慮建筑材料成本和建筑安裝成本進行綜合比較，選擇更合理、更經濟的結構形式。