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摘要：我国社会经济快速发展，城市化建设进程不断的提升，钢结构厂房的设计与施工技术逐渐完善，在工程建设过程中得到了有效的推广和普及，为满足社会发展形式的需求，单层重性钢结构厂房主钢架结构设计仍需不断的进行优化完善，推动生产制造业和工业的快速发展。本文对单层重型钢结构厂房主钢架进行结构设计分析，结合钢管混凝土和 H 型钢两种格构柱进行对比，为单层重型钢结构厂房主钢架结构优化设计提供参考意见。
关键词：经济效益；结构质量；施工需求；施工工艺；生产成本
引言
工业是推动社会发展进程的重要内容，当前形势下我国经济建设快速发展，工业作为重要的经济发展支撑，也不断的进行优化创新，目前单层重型钢结构厂房被广泛应用，为满足实际使用需求，设计技术人员也不断的对厂房钢架结构进行优化，能够有效的减少钢材的使用，降低生产成本，有效实现生产企业经济效益的增长。
一、科学合理的进行厂房柱布置
1、柱间距的确定
目前对于吊车起重量较小的厂房来说一般柱间距设立在12-15米之间最为适宜，更为精确的柱间距确认要根据施工现场的实际情况和设计要求进行，柱间距对于厂房整体的刚才消耗量影响较低，但在保障结构质量的前提下应当将工程预算降至最低，施工人员加强与设计人员的沟通，加强对结构设计图纸的分析，科学合理的对厂房结构进行优化。例如，部分厂房实际使用中不需要天窗，那么设计方案中也可以取消对天窗的设计，如果需要使用天窗，那么应当综合整体受力结构进行分析，降低天窗的自重，减轻结构所承受的荷载，有效的降低钢结构整体重量，便于柱间距的扩大，为降低施工成本提供筹划空间。钢结构厂房的使用需求有所不同，所采用的施工条件和具体施工参数也存在一定差别，在设计施工工程中加强结构设计的科学性，12米与15的柱间距可以根据实际情况设定，尽量使屋面梁与吊车梁的强度与挠度达到预期标准。
2、少柱或不拔柱的情况
在钢结构设计过程中如果缺乏实地勘察，容易导致设计方案与实际施工需求产生偏差，柱间距的设置存在问题，需要对已埋下的柱进行拔出。在施工设计过程中，应当加强施工区域的实地了解，使设计方案与实际施工需求相符，可以做到少拔柱或不拔柱。为减少钢材的使用，应当避免设立托架和大跨度吊车梁，不拔柱或少拔柱能够优化工程造价方案，降低钢材的使用。柱间距可以不用坚持相关的模数规定，模数标准适用于传统的大型屋面板或砌体施工参照，当前钢结构厂房的设计与传统的施工方法存在较大差别，模数基本概念缺乏现代施工方案的适应性，现阶段都采用已制定成型或是构件组装的钢结构，遵守模数缺乏实际意义。实际施工过程中可以将超过基本柱间距的柱进行设置，剩余柱按照施工工艺的基本要求进行排布，柱间距依照实际施工需求布置，降低数据计算，在保证结构稳定性的基础上有效的减少构件使用。
二、厂房高度与柱肢宽度的计算
重型钢结构厂房的高度要根据相关的施工工艺进行确定，在常规建筑专业施工时，高度的准确性，以及钢结构内部排布是否存在矛盾都有待于确认，需要根据具体施工方案进行分析，或是利用相关的建模软件建立施工模型。吊车桥架上的小车与结构之间的距离决定钢结构厂房的高度，避免存在单吊轨时难以进行检修。上部钢结构在施工过程中要确保施工人员能够直立行走，不能发生檩条与人接触的情况，对相关的管道进行合理的布置，避免与结构产生交叉。对于下柱横向肢距也要进行有效控制，使相关管线能够顺利铺设。跨度较大的钢结构厂房在施工前应当对双管柱柱肢宽度进行确认，防止钢结构承受荷载不均匀，降低整体质量。在较大下柱横向刚度确定后，下柱截面大小应当受肩梁高度的控制，利用纵向管桥缩短下柱平面外的计算长度，有效的控制下柱截面。双肢柱的间距不会增加钢材消耗，并使钢结构有效的提升了横向刚度，增加可分配弯矩，上柱与屋面衡量的分配弯矩有效缩小，降低了断面面积，有效的降低了钢材的消耗，提升钢结构整体的抗震强度。
三、柱基础的填埋深度分析
重型钢结构厂房的高度影响基础埋深，深度的控制也受到其它因素的影响，我国地理环境较为复杂，南北施工差别较大，例如在北方进行施工时，要考虑冻土层的深度，来决定基础填埋深度。目前我国相关的建筑施工规范已经完善，混凝土结构设计规范中对于基础的耐久性具有明确规定，在B类环境中，既高寒地区的露天环境和腐蚀较低的土壤环境，混凝土的等级标准最低要设置在C3O，需要严格按照相应的施工规范对混凝土的配比进行控制，加强混凝土的抗冻能力，避免在北方寒冷地区施工时发生混凝土受冻受损的情况。钢结构厂房柱基顶面的标高正常来说要控制在1米-1.5米之间，在钢柱进行填埋前要进行混凝土浇筑，充分落实保障措施，防止在基础附近或是表面进行管沟挖掘时破坏钢结构的稳定性，如不需布置管沟或管沟绕行，基础顶面可以适当提升高度，降低柱的计算长度，减少钢材的使用。
四、模拟钢结构厂房工程概况与主钢架结构设计
1、工程概况
某机械设备加工制作厂房为单层中型钢结构，长度为290米，宽度为45米，柱间距为10米。该单层重型钢结构厂房主钢架跨度为40米，配有两台3000/32吊车和150/20t吊车，轨道轨顶标高为23.7米。
2、主钢架结构设计
该模拟单层重型钢结构厂房是典型的单榀钢结构排架结构形式的厂房，本文采用 PK-PM2010版中STPJ功能模块对主钢架结构进行内力分析计算。
（1）荷载值的分析设计
该钢架结构厂房采用永久荷载+附加活荷载组合方式进行设计。永久荷载为钢结构的恒荷载（0．50KN/㎡）；附加活荷载由活载（0．50KN/㎡）、风荷载、雪荷载、地震荷载及吊车荷载组成。其中风荷载的基本风压为 0.56 KN/㎡，地面粗糙系数为 B 类，按照规范《建筑结构荷载规范》（GB50009－2012）中的相关条款确定风的高度系数和体型系数。雪荷载的基本雪压为 0．26 KN/㎡，按照规范《建筑结构荷载规范》（GB50009 －2012）中的相关条款确定屋顶积雪厚度分布系数。地震荷载考虑到厂房为人员较多的场地，故采用多遇地震设计，抗震设防烈度为 7度，地震分组为第一组，场地列别为 IV 类，场地的特征周期为 0.90s，阻尼比的值取0.05。吊车荷载按一台 3000/32 吊车和两台 150/20t 吊车计算。
（2）钢结构厂房构造柱的设计办法
使用 PKPM2010版中STPJ功能模块对单层重型钢结构厂房主钢架结构使用的钢管混凝土格构柱和H 型钢格构柱进行对比分析计算，两种方钢架柱截面尺寸和先关构建尺寸的等规格见表1和表2。
根基对上图数据的分析可得出以下几点结论：构件钢管混凝土格构柱和 H 型钢格构柱两种结构形式的应力较为相似，并无较大差别；钢管混凝土柱顶位移相对 H 型钢柱顶位置移动变化明显降低，位移变化降低范围在百分之十三左右，结论证明钢管混凝土结构形式具有较强的稳定性，位移变化较小，对于结构的质量和使用寿命明显提升；在水平吊车荷载作用下，钢管混凝土结构牛腿标高较 H 型钢牛腿标高减小百分之二十三左右，钢管混凝土结构形式能够有效的降低吊车在运行时卡轨问题的发生几率；钢管混凝土结构相比于H型钢结构，对于钢材的消耗显著降低，降低量为百分之二十左右。综合上述建模得出的结论，单层重型钢结构厂房主钢架结构在建设过程中采用钢管混凝土结构能够有效的提升钢结构整体的稳定性保证厂房结构的整体质量，所用钢材也明显降低，有助于建筑企业降低工程造价，减少成本投入，切实保障经济效益。
结语：我国建筑事业在现阶段快速发展，刚型结构厂房主钢架结构得到了广泛的应用，稳定的建筑结构为企业安全生产提供了保障，钢结构厂房在建筑人员的技术探究下不断的得到完善，当前形势下，加强钢结构与混凝土的综合利用能够极大的提升结构整体的质量，在进行结构设计时应当采用科学的设计方案，在满足实际施工需求的前提下，降低工程造价，在长期的发展过程中不断加强先进技术和材料的使用，降低施工成本，保障建筑施工企业的经济效益与社会效益，全面促进我国钢结构建筑行业的发展。
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论文作者:常涌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/24
标签：荷载论文; 钢架论文; 钢结构论文; 结构论文; 单层论文; 吊车论文; 间距论文; 《建筑学研究前沿》2017年第35期论文;