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        柱距對(duì)重型門式剛架廠房經(jīng)濟(jì)性的影響

        2021-10-31 08:52:20阮左正
        世界有色金屬 2021年8期
        關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)

        阮左正

        (沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110001)

        1 重型鋼結(jié)構(gòu)廠房計(jì)算和分析

        在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)領(lǐng)域,常見的柱距有6m、7.5m、9m和12m,優(yōu)時(shí)會(huì)出現(xiàn)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(jié)構(gòu)廠房為例進(jìn)行計(jì)算分析。

        1.1 工程背景

        某工業(yè)廠房,采用門式剛架結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)柱距為9m。廠房?jī)?nèi)配備橋式天車。吊車荷載較大所在跨鋼柱采用格構(gòu)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(shè)計(jì)參數(shù)

        屋面活載0.5kN/m2

        基本風(fēng)壓0.55kN/m2

        基本雪壓0.55kN/m2

        灰荷載0.3kN/m2

        地震設(shè)防烈度:7度0.1g;設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

        起重機(jī)參數(shù)見表1:

        表1 吊車型號(hào)及荷載

        1.3 剛架計(jì)算和分析結(jié)果

        結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件采用建研院開發(fā)的PKPM軟件,通過二維建模計(jì)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(yīng)力比見圖2。

        表2

        表3

        圖2 剛架梁和應(yīng)力比圖

        1.4 吊車梁的設(shè)計(jì)分析

        (1)車資料見表4(以柱距9m為例)

        表4 計(jì)算輸入數(shù)據(jù)

        (2)鋼吊車梁橫斷面尺寸及計(jì)算結(jié)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(shè)計(jì)分析

        屋面檁條設(shè)置雙層拉條,約束上下翼緣。墻面檁條設(shè)單層拉條,設(shè)在靠近廠房的一側(cè),僅約束墻梁內(nèi)翼緣,而墻面壓型鋼板能阻止所在側(cè)翼緣墻梁的側(cè)向失穩(wěn)。檁條截面尺寸的計(jì)算結(jié)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(duì)比和分析

        上節(jié)中,詳細(xì)論述了柱距為9m的某重型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的主框架、吊車梁、檁條系統(tǒng)的計(jì)算過程。在同樣的外部參數(shù)和控制指標(biāo)下,對(duì)另外3種柱距下鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行分析計(jì)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(duì)于柱間距為6m、7.5m、9m和12m時(shí)的剛架內(nèi)力和鋼材量見表5。

        表5 不同柱距下剛架梁和柱的應(yīng)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(jì)算和分析

        通過計(jì)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(jīng)計(jì)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(dāng)廠房柱距小于9m時(shí),吊車梁系統(tǒng)鋼材量大概以15%幅度增加,當(dāng)柱距為12m時(shí),吊車梁系統(tǒng)鋼材量發(fā)生了突然變化。若起重機(jī)起重量很大,或柱距再增加,比如18m、24m,吊車梁系統(tǒng)中的鋼材量將迅速變化。因此,從經(jīng)濟(jì)角度考慮,大柱距吊車梁應(yīng)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(tǒng)鋼材量計(jì)算和分析

        對(duì)于12m跨墻面檁條,應(yīng)采取措施減小跨度,常規(guī)做法是在中間設(shè)置墻架柱,因此6m和12m跨度的墻面檁條截面相同。經(jīng)計(jì)算采用C160×60×20×2.2。而7.5m跨墻面檁條采用C200×70×20×2.5。經(jīng)計(jì)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(duì)于12m跨屋面檁條,可采用薄壁H型鋼,經(jīng)計(jì)算采用H200×150×3.2×4.5;或者在跨中增設(shè)一道剛架梁,減小檁條跨度。此時(shí),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(jīng)計(jì)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(tǒng)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(tǒng)鋼材量大幅增加。

        2.4 四種柱距鋼結(jié)構(gòu)廠房總體鋼材量對(duì)比

        根據(jù)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(tǒng)計(jì)(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(gòu)件體系,比如屋面檁條、墻面檁條、吊車梁體系等等。所以,當(dāng)柱間距為12m時(shí),重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的鋼材量可能會(huì)突然增加。

        4 結(jié)論

        (1)對(duì)于類似于本工程的門式剛架結(jié)構(gòu),主體剛架鋼材量占整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)鋼材量的比例會(huì)隨著柱距不斷減小,而吊車梁、檁條系統(tǒng)等輔助構(gòu)件的鋼材量占比會(huì)不斷加大,因此合理布置次級(jí)構(gòu)件和輔助構(gòu)件可能更有利于節(jié)約鋼材。

        (2)類似于本工程鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房,僅從鋼材量這一指標(biāo)來衡量,6m、7.5m的柱距似乎更合理,但是廠房的經(jīng)濟(jì)性是由人工成本、機(jī)械成本、安裝成本等諸多指標(biāo)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(jìn)行綜合比較,選擇更合理、更經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。

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