門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材對(duì)用鋼量及凈空間的影響

王艷

門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材對(duì)用鋼量及凈空間的影響

王艷

本文以某鍋爐房主廠房的設(shè)計(jì)為例，探討門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選材對(duì)用鋼量及凈空間利用的影響。文中主要進(jìn)行軋制H型鋼與焊接H型鋼的計(jì)算比對(duì)，以及Q235B鋼材與Q345B鋼材計(jì)算結(jié)果對(duì)用鋼量以及廠房?jī)艨臻g上的影響。另外，考慮建筑高差效果引起風(fēng)荷載等變化后在結(jié)構(gòu)計(jì)算上產(chǎn)生的受力影響，導(dǎo)致用鋼量的變化等，提出此類工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

門式剛架；應(yīng)力比；長(zhǎng)細(xì)比；寬厚比；用鋼量

本工程門式鋼架主跨度21.9米（剛架檐口高度H=11.6米）+9.0米（檐口高度H=9.6米），間距5.7米，邊距4.8米。根據(jù)工藝條件配合布置共5榀剛架。本工程由于場(chǎng)地限制、廠房?jī)?nèi)工藝設(shè)備布置，特別是管道布置等空間因素限制，不允許采用變截面鋼柱。廠房平面簡(jiǎn)見(jiàn)圖1，剛架GJ-1立面見(jiàn)圖2。

1.方案一

本工程應(yīng)施工工期要求，施工單位要求節(jié)省焊接工期，門式剛架21.9米跨梁柱均采用熱軋H型鋼HM588×300× 12×20，9.0米跨梁柱均采用熱軋H型鋼HM340×250×9×14。均選用鋼材Q235B。

圖2 GL-1立面圖

1.1 剛架梁：平面外計(jì)算長(zhǎng)度取支撐間距3.0米，經(jīng)計(jì)算結(jié)果顯示應(yīng)力比值為0.64。

1.2 剛架柱：平面外計(jì)算長(zhǎng)度取柱全高11.6米，經(jīng)計(jì)算結(jié)果顯示應(yīng)力比值為0.90。長(zhǎng)細(xì)比λ=176＞[λ]=150,不安全。

1.3 剛架柱平面外計(jì)算長(zhǎng)度取橫向支撐間距，分別為6.0米及4.5米，計(jì)算所得應(yīng)力比值為0.66。

長(zhǎng)細(xì)比λ=122＜[λ]=150,滿足安全要求。

按此方案計(jì)算所得，每榀剛架用鋼量8535kg，鋼材型號(hào)Q235B。

2.方案二

不考慮工期因素，計(jì)算時(shí)考慮壓型鋼板、檁條、墻梁等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件蒙皮效應(yīng)，梁、柱平面外計(jì)算長(zhǎng)度均取隅撐間距3.0米，鋼材Q235B，梁柱選用焊接H型鋼，21.9米跨梁柱均采用焊接H型鋼H600X250×11×17，9米跨梁柱均采用H型鋼H350×175×7×11。

2.1 剛架柱焊接板件翼緣寬厚比h0/ tw=（250-11）/2/17=7.3＜13,滿足要求。

2.2 剛架梁：平面外計(jì)算長(zhǎng)度取3.0米，計(jì)算結(jié)果顯示應(yīng)力比值為0.81。

2.3 剛架柱：平面外計(jì)算長(zhǎng)度取3.0米，計(jì)算結(jié)果顯示應(yīng)力比值為0.85。

柱長(zhǎng)細(xì)比λ=122＜[λ]=150，鋼材型號(hào)Q235B，經(jīng)計(jì)算每榀剛架用鋼量6507千克。

方案二對(duì)比方案一節(jié)約鋼材量：（8535-6507）/8533=23.7%。

3.方案三

為縮小截面，節(jié)省空間，本方案選用鋼材Q345B計(jì)算，除鋼材選用Q345B外，其余條件均同方案二。

21.9 米跨梁柱均采用焊接H型鋼H550×200×10×16，9米跨梁柱均采用H型鋼HN300×150×6.5×9。

3.1 剛架柱焊接板件腹板高厚比h0/ tw=（550-16X2）/10=51.8＜80,滿足要求。

3.2 剛架梁：平面外計(jì)算長(zhǎng)度取3.0米，經(jīng)計(jì)算應(yīng)力比值0.82。

3.3 剛架柱：平面外計(jì)算長(zhǎng)度取3.0米，柱應(yīng)力比值0.83。

柱長(zhǎng)細(xì)比λ=137＜[λ]=150，鋼材型號(hào)Q345B，經(jīng)計(jì)算每榀剛架用鋼量4989千克。

對(duì)比同條件Q235B節(jié)約鋼材節(jié)約鋼材6507-4989=1518千克，但Q345B鋼材市場(chǎng)單價(jià)較Q235B要高，工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析需根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格判斷選用此方案的經(jīng)濟(jì)性。

4.方案四

除考慮壓型鋼板、檁條、墻梁等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件蒙皮效應(yīng)，廠房9.0米跨高度抬高約1.0米，與21.9米跨平齊（由9.6米增高至10.6米），剛架屋面順坡無(wú)高差。

21.9 米跨梁柱均采用熱軋H型鋼HN550×200×10×16，9米跨柱采用熱軋H型鋼HN400×200×8×13，9.0米梁同21.9m梁HN550×200×10×16。鋼材均選用Q235B。

4.1 剛架柱焊接板件腹板高厚比h0/ tw=（550-16X2）/10=51.8＜80,滿足要求。

4.2 剛架梁：平面外計(jì)算長(zhǎng)度取3.0米，應(yīng)力比值0.70。

4.3 剛架柱：平面外計(jì)算長(zhǎng)度取3.0米，柱應(yīng)力比值0.59。

柱長(zhǎng)細(xì)比λ=140＜[λ]=150，鋼材型號(hào)Q235B，計(jì)算得知每榀剛架用鋼量6193千克。

對(duì)比同條件不抬高廠房節(jié)約鋼材用量：（6507-6193）/6507=5% 。

5.注意要點(diǎn)

5.1 柱為壓彎構(gòu)件，需按應(yīng)力比及長(zhǎng)細(xì)比兩方面控制其安全性；

5.2 由于彎矩按構(gòu)件剛度進(jìn)行分配，梁柱截面大小選取會(huì)互相影響，比如梁截面增大，剛度增加，分配的彎矩即增大，對(duì)柱有利，反之柱截面減小，分配彎矩減小，梁分擔(dān)彎矩增大，會(huì)導(dǎo)致原截面不足，在構(gòu)件選材中應(yīng)注意；

5.3 焊接鋼構(gòu)件應(yīng)驗(yàn)算腹板高厚比、翼緣寬厚比，均需滿足相應(yīng)規(guī)范中對(duì)這些參數(shù)的限值要求。

6.總結(jié)分析

6.1 方案一設(shè)計(jì)應(yīng)工期要求，選用軋制H型鋼，在窄翼緣型鋼HN600×200× 11×17平面外應(yīng)力比計(jì)算不滿足安全要求的情況下，需選用同高度的中翼緣H型鋼HM588×300×12×20，由于軋制中翼緣型鋼的腹板及翼緣厚度均相應(yīng)增加，所以與采用焊接鋼構(gòu)件計(jì)算結(jié)果對(duì)比，軋制H型鋼用鋼量增加，造成一定程度的浪費(fèi)。但從使用空間上來(lái)講，焊接H型鋼截面減小幅度不大，僅是在板件厚度方面節(jié)省用鋼量。

6.2 對(duì)于大跨度剛架，若構(gòu)件截面較大，在對(duì)造價(jià)有利的情況下，可適當(dāng)考慮采用Q345B鋼，以減小截面，便于廠房?jī)?nèi)部?jī)艨臻g利用。

6.3 對(duì)于有高低跨剛架廠房，若高差較小，可考慮抬高低跨部分，消除高低差，有利結(jié)構(gòu)計(jì)算并節(jié)約鋼材，此部分可在經(jīng)濟(jì)分析上結(jié)合建筑墻體造價(jià)等共同考慮后決定。

[1]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003

[2]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2010

[3]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）

[4]《鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）

大連熱電工程設(shè)計(jì)有限公司）

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1671-3362（2017）01-0052-02