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：新葡萄8883官网AMG 师乙丹

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