門式剛架物流貨棚設(shè)計(jì)選型與用鋼量經(jīng)濟(jì)性分析

2023-12-29 00:00:00宋名海

四川建筑 2023年3期

摘要：近年來，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國取得了廣泛的應(yīng)用，以某物流園區(qū)內(nèi)的門式剛架物流貨棚為工程實(shí)例，對(duì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，通過計(jì)算用鋼量找出各類構(gòu)件用鋼量所占比重，并分析其影響的程度，提出類似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型建議。

關(guān)鍵詞：門式剛架物流貨棚；設(shè)計(jì)選型；用鋼量經(jīng)濟(jì)性分析

中國分類號(hào)：TU328A

［定稿日期］2022-08-10

［作者簡(jiǎn)介］宋名海（1978—），男，碩士，高級(jí)工程師，從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與咨詢工作。

0 引言

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)屬輕型鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要分枝，具有柱網(wǎng)布置靈活、結(jié)構(gòu)自重輕、施工工業(yè)化程度高、施工周期短、綜合效益高等典型優(yōu)點(diǎn)。近年來，門式剛架結(jié)構(gòu)是國內(nèi)外應(yīng)用和發(fā)展最為廣泛的一種輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系，主要適應(yīng)于主要承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實(shí)腹門式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無橋式吊車或有起重量不大于20 t的A1～A5工作級(jí)橋式吊車或3 t懸掛式起重機(jī)的單層房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制作和安裝［1］。隨著GB 51022-2015《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的頒布實(shí)施，其應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，如物流貨棚、工業(yè)廠房、公共場(chǎng)館、大型賣場(chǎng)等［2］。結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型和用鋼量分析。

1 項(xiàng)目概況

某物流園區(qū)內(nèi)建設(shè)一座物流貨棚，跨度18 m，跨數(shù)13跨，貨棚長(zhǎng)度20 m，兩側(cè)裝卸區(qū)各4.5 m，見圖1，每跨內(nèi)配2臺(tái)10 t 17.0 m電動(dòng)單梁吊，軌道標(biāo)高9.0 m，檐口高度12.0 m，主體上部結(jié)構(gòu)采用焊接H型鋼的門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)，屋面采用壓型鋼板圍護(hù)，坡度1∶20，見圖2。

因裝卸貨物的需求，本工程案例的剛架形式有別于常規(guī)剛架，不同點(diǎn)在于吊車移動(dòng)方向與屋面坡度方向相同，使得每榀剛架的高度不一。

為了使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型和用鋼量經(jīng)濟(jì)性分析是在同一設(shè)計(jì)條件下進(jìn)行，下面構(gòu)建統(tǒng)一的設(shè)計(jì)荷載和設(shè)計(jì)控制。

設(shè)計(jì)荷載：按6度進(jìn)行抗震設(shè)防［3］，屋面恒荷載取0.25 kN/m2，屋面活荷載按當(dāng)?shù)鼗狙?.50 kN/m2取，當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓為0.35 kN/m2，地面粗糙度為B類，檁條最不利位置的施工荷載為1.0 kN［4］，10 t 17.0 m吊車荷載最大輪壓為70 kN，最小輪壓為10 kN，吊車工況為邊榀只考慮一臺(tái)吊車作業(yè)，中榀考慮2臺(tái)吊車同時(shí)作業(yè)。

設(shè)計(jì)控制：柱腳剛接；應(yīng)力比控制在0.97以下；主剛架受壓長(zhǎng)細(xì)比限值為180，剛性系桿、支撐和隅撐受壓長(zhǎng)細(xì)比限值為220；H型鋼翼緣寬厚限值為15（Q235-B）、12.20（Q355-B），腹板寬厚限值為250；剛架柱頂位移比限值為1/180，剛架斜梁撓跨限值為L(zhǎng)/180；吊車梁撓度限值為1/1 000，檁條撓度限值為1/150［2］。

2 設(shè)計(jì)選型

為便于分析，將本工程實(shí)例的結(jié)構(gòu)構(gòu)件劃分為4個(gè)主要部分，即主剛架、檁條、吊車梁和其他構(gòu)件（包括支撐、檁條轉(zhuǎn)換梁等），分別對(duì)這4部分進(jìn)行計(jì)算與選型。

2.1 主剛架

本工程實(shí)例主剛架有3種類型，共5榀，邊榀高度11.925 m，中榀高度12.175 m，正中榀高度12.425 m，柱間距5.0 m［5］，邊榀各懸挑4.5 m，對(duì)稱布置，總寬29 m，每榀13跨，每跨18 m，總長(zhǎng)234 m，在剛架跨向的中部（即8軸）按規(guī)范［1］設(shè)置滑動(dòng)支座以釋放溫度效應(yīng)。設(shè)計(jì)采用五連跨建模計(jì)算，中間跨設(shè)置滑動(dòng)支座，見圖3。在相同荷載條件和設(shè)計(jì)控制分別以Q235-B鋼和Q355-B鋼進(jìn)行主剛架計(jì)算和截面選型，見表1。

2.2 檁條

因建筑造型需要，本工程實(shí)例的屋面起坡方向垂直剛架跨度方向，與常規(guī)門式剛架輕型房屋按跨度方向起坡有所不同，考慮到屋面壓型鋼板安裝與排水要求，則本工程實(shí)例中屋面檁條的布置方向須與常規(guī)檁條布置方式一樣，即沿剛架跨度方向布置，而本工程實(shí)例剛架跨度為18 m，如果檁條按18 m跨布置，跨度較大，勢(shì)必造成檁條截面較大，經(jīng)濟(jì)效果欠佳，因此，在方案設(shè)計(jì)時(shí)在每跨剛架跨中設(shè)置一根檁條轉(zhuǎn)換梁，以縮小檁條的計(jì)算跨度，即本工程實(shí)例屋面檁條按間距1.5 m、跨度9.0 m進(jìn)行布置，按簡(jiǎn)支和五跨及以上連續(xù)2種支座形式，分別以Q235-B鋼和Q355-B鋼進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算和截面選型，見表2。

2.3 吊車梁

本工程實(shí)例的吊車梁跨度為5 m，按最不利的吊車工況進(jìn)行計(jì)算和截面選型，經(jīng)計(jì)算分析，吊車梁截面的控制指標(biāo)是

2.4 其他構(gòu)件

本工程實(shí)例除前述3部分主要構(gòu)件外，其他構(gòu)件主要包括柱間支撐，屋面支撐以及檁條轉(zhuǎn)換梁，這些構(gòu)件受力不大，其截面選型主要是構(gòu)造控制，見表4。

3 用鋼量統(tǒng)計(jì)與分析

通過上述設(shè)計(jì)計(jì)算和截面選型，本工程實(shí)例歸納2種方案進(jìn)行比選，即第一種方案：所有構(gòu)件均采用Q235-B鋼，檁條采用單跨簡(jiǎn)支的支座形式；第二種方案：主剛架和檁條采用Q355-B鋼，檁條支座形式為五連跨檁條；其他構(gòu)件均為Q235-B鋼。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，2種方案的用鋼量統(tǒng)計(jì)見表5。

從上述分析表來看，主剛架、檁條、吊車梁是主要用鋼量構(gòu)件，通過2種材質(zhì)對(duì)比，對(duì)主構(gòu)件提高鋼號(hào)有利于降低用鋼量，其中檁條表現(xiàn)明顯。

4 結(jié)論與建議

通過對(duì)本工程實(shí)例的4個(gè)主要部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)選型，以及2種方案的用鋼量統(tǒng)計(jì)分析，可以得出幾條結(jié)論，并給出幾點(diǎn)建議。

（1）本工程物流貨棚采用門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)形式是適宜的，其結(jié)構(gòu)自重輕、施工周期短、綜合效益高，得到了建設(shè)單位的認(rèn)可。

（2）從用鋼量比重來看，主剛架、檁條、吊車梁所用鋼量指標(biāo)最大，用鋼量總和超過80%，是該物流貨棚上部結(jié)構(gòu)的主要材料。

（3）第二種方案的主剛架和檁條總鋼量較第一種方案節(jié)省12.6%，經(jīng)濟(jì)效益較好。

（4）吊車梁在本工程實(shí)例中用鋼量所占比重較大，達(dá)20%以上。

因此，在滿足結(jié)構(gòu)安全性的前提下，建議：

（1）當(dāng)門式剛架的跨度及荷載較大時(shí)，或設(shè)有吊車時(shí)，建議主構(gòu)件高強(qiáng)鋼材。

（2）檁條是居主剛架之后用鋼量較大的構(gòu)件，建議支座形式采用多跨連續(xù)，材質(zhì)采用高強(qiáng)鋼材。

（3）對(duì)于按構(gòu)造要求設(shè)置的桿件采用Q235-B鋼，以減低成本。

參考文獻(xiàn)