新建二层钢结构厂房设计优化.docx

新建二层钢结构厂房设计优化某厂房原设计采用1层框架，2层门式刚架结构体系，桩基采用钻孔灌注桩基础此设计方案存在柱间支撑布置影响生产工艺要求，用钢量及桩基数量偏大等问题该优化设计通过合理改变厂房结构体系取消了柱间支撑，降低了钢结构用钢量及钻孔灌注桩的数量，取得了较好的经济效益，供类似厂房设计参考\ 　　钢结构；厂房；框架；门式刚架；钻孔灌注桩基础 　　1工程概述 　　天津某新建年产6000台环保型中压智能开关柜项目1号厂房位于天津市宝坻区，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组第二组，特征周期0.55s，场地类别为Ⅲ类，钢框架抗震等级三级[1]厂房长102.0m，宽56.2m，1层层高7.6m，2层层高8.0m1层柱距为8.0m×8.5m，2层局部抽柱，形成柱距为8.5m，跨度为24.1m+8m+24.1m的门式钢梁体系厂房楼面设计活荷载标准值为7kN/m2，轻型屋面设计活荷载标准值为0.5kN/m2[2] 　　2原设计概述 　　厂房原设计采用1层框架，2层门式刚架结构体系每隔30~40m布置1道屋面及柱间支撑，共计布置4道屋面及柱间支撑采用平面建模分析，1层框架按照普钢规范控制，2层门式刚架按照门刚规范进行控制。

纵向地震及风荷载传递由屋面支撑传给柱间支撑，再由柱间支撑传递给基础[3]基础采用本地区常见钻孔灌注桩基础，桩长20.2m，桩径700mm，单桩竖向承载力特征值1200kN，单桩水平承载力特征值100kN[4]因纵向水平力仅由有柱间支撑区域桩基承担，因此，在柱间支撑区域柱底均为四桩承台，其余柱底均为单桩承台桩位布置如图1所示厂房1层楼面采用DECK板+混凝土组合楼盖，楼盖布置如图2所示楼面主要梁柱截面尺寸（优化前截面）如表1所示 　　3优化设计 　　经过与业主沟通可知，业主的想法是为满足厂房生产工艺需求，尽可能地取消柱间支撑布置通过查看图纸及模型，原分析采用平面建模分析不妥，因为厂房1层为钢框架，纵向钢框梁影响了厂房的刚度，单纯用平面分析对整个厂房设计是欠缺的再者，厂房纵向由柱间支撑承担水平力，仅为了承担较大的水平力而使柱间支撑区域桩数量较多，无疑造成了较大的浪费经过初步分析，认为厂房采用矩形钢柱，结构形式采用钢框架+轻型钢结构屋面方案较为合理，因为矩形钢柱在2个方向都具备刚度，把屋面系杆改为钢梁，屋面纵向钢梁与刚架刚接，形成框架体系这样在纵向就可以取消柱间支撑，纵向水平力由框架承担，从而使所有桩基共同承担纵向水平力，可避免在柱间支撑区域布置大量桩以抵抗局部较大的水平力，从而有效减少了桩基的数量。

设计时，屋面钢梁框架模型中定义门式钢梁[5]，楼面梁采用轧制H型钢，用钢量较大且当前焊接H型钢应用较为成熟，因此，决定楼面钢梁采用焊接H型钢，且之前设计截面普遍偏大，经试算，具备一定优化空间，以控制钢梁应力比不超过0.8为宜采用PKPM钢框架空间建模，楼面采用刚性楼板假定，考虑偶然偏心，屋面支撑采用杆件输入经试算分析主要指标均满足规范要求[6]，且所有柱下柱下单桩即可满足水平及竖向承载力要求主要参数指标如表2所示，优化后梁柱截面如表1所示 　　4优化前后经济性对比 　　厂房优化前主钢构件用量为784.7t，优化后主钢构件用量为716.7t，共计节省钢构件68.0t；优化前灌注桩数量为180根，优化后灌注桩数量为96根，共计节省灌注桩数量84根按照当前市场价格700mm钻孔灌注桩单价约750元/m，Q345钢构件单价约8000元/t，二者相加共计节约造价180多万元 　　5结语 　　本厂房优化采用通过改变原设计结构体系，创新性地运用钢框架+轻型屋面结构体系；取消之前的平面分析，转而采用更为合理的空间分析模型；楼面钢梁取消采用轧制H型钢，转而采用市场大量应用的焊接H型钢从而取消了原设计柱间支撑，很大程度上满足了厂房工艺及生产需求，使厂房的实用性大大提高；且大大节省了钢结构用钢量及桩基数量，有效降低了项目造价。

正所谓一举多得，是一个比较典型的成功设计优化案例，获得了业主的一致好评 　　 　　GB500112010建筑抗震设计规范(2016年版)[S]. 　　GB500092012建筑结构荷载规范[S]. 　　《新钢结构设计》编委会.新钢结构设计手册[K].北京:中国计划出版社,2018. 　　JGJ942008建筑桩基技术规范[S]. 　　GB510222015门式刚架轻型房屋钢结构技术规范[S]. 　　GB500172017钢结构设计标准[S]. 　　 。