重型钢结构厂房柱距研究

摘要 随着国内工业的发展，重型钢结构厂房得到了广泛的应用。在发展的同时，也有很多地方值得讨论研究。比如厂房跨度、高度、吊车吨位及台数相同的情况下，柱距对钢材用量的影响问题，在满足设计标准的同时，选择合适的柱距以节省材料、降低投资，本文以一个实际工程为例，就重型钢结构厂房的柱距进行探讨，旨在为该类项目的设计提供借鉴。

关键词：重型钢结构；钢结构厂房；厂房柱距；柱距设计研究

1前言

重型钢排架结构体系是近年来在工业建筑中应用相当广泛的一种结构形式。影响钢结构厂房用钢量及基础工程量的因素有很多，其中厂房柱距是一个非常关键的因素，选择合理的柱距可有效降低整个项目的工程量和投资。钢排架结构一般采用实腹式或格构式柱，实腹式屋面梁或者屋架，以冷弯薄壁型钢或者轻型H型钢作檩条，以冷弯薄壁型钢做墙梁，以压型钢板作为屋面板和墙板。重型钢排架结构是钢铁冶金工业厂房中最常用的结构形式。在满足生产工艺要求的情况下，选用合适的柱距能够满足设计的标准同时降低用钢量，减少投资，方便施工，本文就重型钢结构厂房的柱距进行探讨，旨在为该类施工提供借鉴。

2 重型钢结构厂房结构特点

（1）结构构件用钢量大。该类厂房柱距、跨度以及高度一般较大，且吊车工作级别高、荷载较大，因此导致构件超长、超宽、超重现象，用钢量一般超过100kg/m2。因为该类厂房结构构件重量较重，相应基础费用也较高，同时地震反应也较为敏感。

（2）轴网布置复杂，柱距大。柱距一般为12～18 m，往往因功能布局要求，局部需要抽柱，抽柱部位需要增设托架或托梁，厂房山墙处需要设置抗风桁架。

（3）结构整体刚度要求高。因吊车的运行对排架变形要求较高，加之吊车运行荷载较大，在结构的纵、横向均应保证结构具有足够的刚度，以减小整体结构的变形。

（4）节点构造设计复杂。因结构构件大、数量多，节点设计应考虑构件的制造、运输、安装的安全性和便利性。

3 工程概况

本文以山东某钢厂热轧主车间为例，厂房长480m，宽33m，檐口高度28m。在保证承载力与正常使用的前提下，对该工程选用不同的柱距进行计算，对比用钢量的差异，柱距范围为12m～18m，模数为1.5m，共5种柱距，对主刚架用钢量、吊车梁系统用钢量以及围护结构用钢量分项进行对比。对重型钢结构工业厂房经济合理柱距进行研究。具体结构参数如下：

3.1荷载条件

恒载：0.4KN/m2；活载：计算主钢架时0.3KN/m2，计算屋面檩条时0.5KN/m2；基本风压：0.4KN/m2；雪荷载为0.30KN/m2；地震作用：设防烈度7度（0.1g），Ⅲ类场地，地震分组 第三组。

3.2主刚架

主刚架跨度 30m，檐口高度28m，轨顶标高20m。每跨2台110/32t、A6工作制吊车，各开间柱距相等。下柱格构式采用钢管混凝土双肢柱，柱截面高度2m，上柱采用实腹式焊接H型钢柱，刚接柱脚；实腹式变截面焊接H型钢梁。梁柱连接节点为刚接。计算中对于不同柱距下的单榀刚架应尽量满足相同位置的梁柱应力比、最大挠度相近的原则。

3.3吊车及吊车梁

吊车跨度28.5m，每侧4个轮子，最大轮压436kN，小车重38.5t。吊车梁简支，选用焊接实腹式吊车梁，制动结构采用制动梁，设置辅助桁架和下翼缘水平支撑。

3.4围护结构

因柱距较大，为降低用钢量，本项目屋面檩条采用轻型H型钢檩条，墙梁均采用简支C型冷弯薄壁型钢；墙架柱采用焊接H型钢柱，铰接柱脚。

4 分析

4.1主结构用钢量分析

主结构主要包括排架柱、屋面梁以及连接节点等，在总用钢量中占比较大，直接影响整个结构的经济性。为客观比较不同柱距下的主钢架用钢量，控制主要应力比差值在0.03以内。随着柱距的加大，刚架数量随之减少，单榀刚架所担负的恒活荷载随柱距的增大而线性增大，虽然单榀刚架用钢量增大，但小于刚架数量减小对用钢量的影响，主结构单位用钢量（均摊到厂房单位建筑面积的用钢量）随着柱距增加而降低，其对用钢量的影响基本呈线性。

4.2吊车梁用钢量分析

随着柱距的增大，吊车梁、屋面檩条及墙梁的跨度不断增加大，特别是吊车梁，因吊车梁变形要求较高，挠度与跨度的四次方成正比，翼缘正应力与跨度的二次方成正比，吊车梁用钢量随柱距的增大呈非线性增加，柱距越大，吊车梁单位用钢量的增长率越大。

4.3围护结构用钢量分析

围护结构（含屋面檩条、屋面支撑、墙梁、墙架柱等）的用钢量随着柱距的增大，所担负的恒活荷载增大，单位用钢量也随之增大，当相比吊车梁用钢量的变化曲线要舒缓的多。

4.4总用钢量分析

随着柱距的增加主刚架用钢量与吊车梁、围护结构的用钢量变化趋势相反，因此结构存在最低用钢量柱距。因为主结构和次结构的钢材型号与单价不同，总钢量与柱距关系曲线的最低点为用钢量最省的柱距，但不是最优柱距。主刚架和吊车梁系统在总用钢量中占据70%以上，并且与吊车的吨位及台数关系很大，所用材质及制作安装的费用也交较维护系统高，因此通常可以选择主刚架和吊车梁系统的最低用钢量柱距选为最佳柱距。

5 总结

基于分析比对，本工程最优柱距的范围为15m。本文所给出的最优柱距仅针对本工程的实际情况讨论重型钢架结构体系柱距与每平米用钢量的关系。实际工程中，影响最优柱距及结构用钢量的因素众多，一个参数的改变或将引起总用钢量极值点的移动。以本工程为例，吊车的吨位及台数对柱距的选择至关重要，如果吊车吨位变小，那么最优柱距就会变大；反之，如果吊车吨位增大，那么最优柱距就会变小。因此，在设计中必须综合考虑各方面的因素，得到有实际工程意义的最优柱距。

参考文献：

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