【同辰案例】西安钢结构厂房优化咨询案例分享
- 时间:2024-04-05
- 作者:同辰建筑
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门式刚架轻型房屋钢结构以其用钢量省、造价低、性能好、设计及制作简单、工期短等优点,受到广大业主的欢迎和选择,目前在国内已成为厂房、仓库、其他大空间多用途房屋的主流结构形式,这种结构形式与普通的钢筋混凝土结构有很大的区别。有经验工程师可以根据受力特点充分发挥材料的作用,经验较少的工程师如果仍采用钢筋混凝土结构设计思维进行设计,在浪费材料的同时,也可能出现设计错误,需要引起相关从业人员的注意和重视。以下以一个具体项目为例,对设计过程中出现的部分问题进行分析。本项目在解决设计问题的同时,节省结构成本20%。
01、项目概况:
项目地点:西安市项目体量:占地面积18万平米,总建筑面积17万方项目业态:主要由单层门刚厂房、多层钢框架厂房组成场地烈度:8度(0.2g)设计地震分组:第二组场地类别:Ⅲ类基本风压:0.35kN/m2基本雪压:0.30kN/m2
02、优化成果展示:
门刚厂房构件截面尺寸小,对荷载敏感,因此需要从根本上对荷载进行优化,同时结合对结构构件、支撑体系和围护系统的合理布置,才能最终将成本指标控制到最优。本项目主要从以下几个方面进行优化,优化成果汇总如下:
咨询要点介绍:
2.1 屋面荷载:
钢结构厂房屋面横荷载较小,一般轻钢屋面约0.3KN/m2,屋面设光伏板时总计约0.5KN/m2。一般民用设计院习惯了混凝土结构保守取大值的设计思路,将此沿用到钢结构设计当中,屋面恒载甚至取1.0KN/m2。其实对于钢结构并不是取值越大越安全,有时会因为恒载取值比实际偏大较多,而对风吸力的影响估计不足,导致安全事故。
本项目通过对荷载取值的优化,精细控制各结构构件的截面尺寸,节省用钢量。同时,由于地处高烈度区,屋面恒载的优化可以大大减小地震作用,从而为基础桩基优化提供了条件。
▲ 屋面荷载导算过程
2.2 基础桩基:
厂房基础成本在整体造价占比较大,有时候甚至会因为地基条件的差异影响地上经济柱跨和柱距的选择,此项成本不容忽视,而且与地上成本密切相关。本项目通过荷载优化控制了柱底弯矩,从而优化桩基数量和管桩长度。本项优化节省额约200万元。
2.3 刚架截面:
刚架作为门刚厂房的主要构件,其设计是个系统化的过程,主要涉及柱截面形式的选择,截面是否分段,刚架梁截面的确定,梁分段位置的确定,支撑系杆体系的布置,平面外计算长度的确定。本工程结合项目具体条件,优化各构件支撑条件及截面尺寸,充分利用截面宽厚比及发挥截面腹板屈曲后强度,将截面尺寸控制到最优。本项优化节省额约1240万元。
▲ 门式刚架截面形式
▲ 门式刚架弯矩图
2.4 檩条体系:
檩条系统作为轻钢厂房的主要围护构件之一,其工程量在总体造价上也占有相当比例。本项目通过细化风荷载分区,详细区分檩条截面,并在与钢构厂家沟通确定檩条成本仅与用钢量有关后,根据实际荷载设计出非标自定义截面,从而充分发挥了构件强度,并节省了用钢量。本项优化节省额约240万元。
2.5 墙梁体系优化:
墙面檩条体系与屋面檩条体系有个典型的区别,屋面檩条主要受力为单轴受弯构件,自重、雪荷载、风荷载基本都是垂直于屋面板作用的,而墙面檩条是典型的双轴受弯构件,自重是沿檩条弱轴作用的,风荷载沿檩条强轴作用。本项目通过优化墙面檩条的传力路径和受力模式,将通过构件的受压和受弯传力模式调整为受拉传力模式,大大提高了结构传力效率,檩条用钢量节省50%以上。本项优化节省额约420万元。
下图左侧为横向采用矩形钢管,C型槽钢竖放的檩条布置体系;下图右侧为C型槽钢横放的檩条布置体系,竖向采用φ12圆钢拉结传力,是最为经济的传力体系。
▲ 墙面檩条系统
2.6 支撑体系:
门刚厂房一般为二维受力体系,在刚架平面内为几何不变体系,平面外需要通过支撑体系将平面外机构变为稳定的结构体系。本项目采用对支撑体系布置形式的优化,在满足结构刚度要求的情况下,节省了构件的截面尺寸。
▲ 纵向支撑体系
2.7 多层厂房结构体系:
多层厂房一般按钢框架结构体系设计,本项目结合顶部楼层业主工艺流程的要求,在常规大空间抽放的基础上,将顶部楼层采用了门刚的结构体系,与下部的钢框架体系相结合的形式,从而采用了提高了构件使用效率,达到节省用钢量的目的。本项优化节省额约500万元。
03、总 结:
钢结构设计原理简洁、明确,但是结构形式千变万化,要达到既满足功能要求,又节省投资预算的目的,就需要对各种结构形式的设计技巧有足够的积累,用巧妙的受力设计方式才用在常规项目中挖掘出更大价值。
▌作者:同辰建筑 师乙丹
▌本文仅代表作者个人分析总结,仅供参考
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