門式剛架物流貨棚設計選型與用鋼量經濟性分析

摘要：近年來，門式剛架輕型房屋鋼結構在我國取得了廣泛的應用，以某物流園區內的門式剛架物流貨棚為工程實例，對設計經驗進行分析和總結，通過計算用鋼量找出各類構件用鋼量所占比重，并分析其影響的程度，提出類似結構設計選型建議。

關鍵詞：門式剛架物流貨棚； 設計選型； 用鋼量經濟性分析

中國分類號：TU328A

［定稿日期］2022-08-10

［作者簡介］宋名海（1978—），男，碩士，高級工程師，從事結構工程設計與咨詢工作。

0 引言

門式剛架輕型房屋鋼結構屬輕型鋼結構的一個重要分枝，具有柱網布置靈活、結構自重輕、施工工業化程度高、施工周期短、綜合效益高等典型優點。近年來，門式剛架結構是國內外應用和發展最為廣泛的一種輕型房屋鋼結構體系，主要適應于主要承重結構為單跨或多跨實腹門式剛架、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工作級橋式吊車或3 t懸掛式起重機的單層房屋鋼結構的設計、制作和安裝［1］。隨著GB 51022-2015《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》的頒布實施，其應用得到了迅速發展，如物流貨棚、工業廠房、公共場館、大型賣場等［2］。結合工程實例進行鋼結構的設計選型和用鋼量分析。

1 項目概況

某物流園區內建設一座物流貨棚，跨度18 m，跨數13跨，貨棚長度20 m，兩側裝卸區各4.5 m，見圖1，每跨內配2臺10 t 17.0 m電動單梁吊，軌道標高9.0 m，檐口高度12.0 m，主體上部結構采用焊接H型鋼的門式剛架輕型房屋鋼結構，屋面采用壓型鋼板圍護，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剛架，不同點在于吊車移動方向與屋面坡度方向相同，使得每榀剛架的高度不一。

為了使結構設計選型和用鋼量經濟性分析是在同一設計條件下進行，下面構建統一的設計荷載和設計控制。

設計荷載：按6度進行抗震設防［3］，屋面恒荷載取0.25 kN/m2，屋面活荷載按當地基本雪壓0.50 kN/m2取，當地基本風壓為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吊車作業，中榀考慮2臺吊車同時作業。

設計控制：柱腳剛接；應力比控制在0.97以下；主剛架受壓長細比限值為180，剛性系桿、支撐和隅撐受壓長細比限值為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/180；吊車梁撓度限值為1/1 000，檁條撓度限值為1/150［2］。

2 設計選型

為便于分析，將本工程實例的結構構件劃分為4個主要部分，即主剛架、檁條、吊車梁和其他構件（包括支撐、檁條轉換梁等），分別對這4部分進行計算與選型。

2.1 主剛架

本工程實例主剛架有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，對稱布置，總寬29 m，每榀13跨，每跨18 m，總長234 m，在剛架跨向的中部（即8軸）按規范［1］設置滑動支座以釋放溫度效應。設計采用五連跨建模計算，中間跨設置滑動支座，見圖3。在相同荷載條件和設計控制分別以Q235-B鋼和Q355-B鋼進行主剛架計算和截面選型，見表1。

2.2 檁條

因建筑造型需要，本工程實例的屋面起坡方向垂直剛架跨度方向，與常規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，則本工程實例中屋面檁條的布置方向須與常規檁條布置方式一樣，即沿剛架跨度方向布置，而本工程實例剛架跨度為18 m，如果檁條按18 m跨布置，跨度較大，勢必造成檁條截面較大，經濟效果欠佳，因此，在方案設計時在每跨剛架跨中設置一根檁條轉換梁，以縮小檁條的計算跨度，即本工程實例屋面檁條按間距1.5 m、跨度9.0 m進行布置，按簡支和五跨及以上連續2種支座形式，分別以Q235-B鋼和Q355-B鋼進行結構計算和截面選型，見表2。

2.3 吊車梁

本工程實例的吊車梁跨度為5 m，按最不利的吊車工況進行計算和截面選型，經計算分析，吊車梁截面的控制指標是

2.4 其他構件

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

3 用鋼量統計與分析

通過上述設計計算和截面選型，本工程實例歸納2種方案進行比選，即第一種方案：所有構件均采用Q235-B鋼，檁條采用單跨簡支的支座形式；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；其他構件均為Q235-B鋼。經過統計，2種方案的用鋼量統計見表5。

從上述分析表來看，主剛架、檁條、吊車梁是主要用鋼量構件，通過2種材質對比，對主構件提高鋼號有利于降低用鋼量，其中檁條表現明顯。

4 結論與建議

通過對本工程實例的4個主要部分結構構件的設計選型，以及2種方案的用鋼量統計分析，可以得出幾條結論，并給出幾點建議。

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

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

（3）第二種方案的主剛架和檁條總鋼量較第一種方案節省12.6%，經濟效益較好。

（4）吊車梁在本工程實例中用鋼量所占比重較大，達20%以上。

因此，在滿足結構安全性的前提下，建議：

（1）當門式剛架的跨度及荷載較大時，或設有吊車時，建議主構件高強鋼材。

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

（3）對于按構造要求設置的桿件采用Q235-B鋼，以減低成本。

參考文獻

［1］ 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范： GB51022-2015［S］.

［2］ 張利民.門式剛架輕型鋼結構房屋設計探索［J］.中國新技術新產品，2012（4）：169.

［3］ 建筑抗震設計規范： GB50011-2010（2016年版）［S］.

［4］ 建筑結構荷載規范： GB50009-2012［S］.

［5］ 奚洪波.門式剛架輕型鋼結構房屋經濟跨度與柱距的選擇［J］.中華建設，2012（6）：270-271.