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基于钢结构新旧规范的立体库钢结构设计研究

发表时间：2020/12/21 来源：《基层建设》2020年第24期作者：占建斌

[导读] 摘要：对于建筑来讲，钢结构是整个建筑工程的“骨骼”，同时也是保障其稳定性的基本要素。

       长江水利水电开发集团（湖北）有限公司长江工程勘测设计公司湖北武汉 430010
       摘要：对于建筑来讲，钢结构是整个建筑工程的“骨骼”，同时也是保障其稳定性的基本要素。在整体的建筑过程当中，自动化立体仓库可以对货物进行智能化管理，其整体的结构根据厂房的不同建筑需求，可以分为不同的建筑类型。其屋面、墙面等采用“彩钢墙板”、“双层玻璃丝棉”或“彩钢内墙板”组成，在厂房高度当中属于轻型钢结构。本文将就基于钢结构新旧规范的立体库钢结构含钢梁变化的展开研究，研究钢结构规范变化的主要内容，分析钢构件截面变化，对立体库钢结构用材变化展开计算分析及其统计研究。
       关键词：钢结构，新旧规范，立体库，含钢量变化
       在钢结构建筑建设过程当中，以钢结构为基本骨架，配合多种材料对其进行拼装。在安装过程当中，可以实现“批量化”、“系列化”的生产模式。此外，对于我国“绿色发展”的理念也具有高度的匹配作用。其安装过程、安装材料具有环保、成本低廉等优点；对目前钢结构建筑成本不断增加的原因进行宏观分析，可以得知行业规范的变化导致含钢量呈现不断上涨的趋势。因此，对于其建筑过程当中的规范进行研究非常有必要，特别是目前对于新旧规范变化引起立体库钢结构构件截面变化的研究将是本文探讨的主要内容。
       一、工程基本概况
       （一）武汉市国家医药及医疗器械配送保障动员中心
       项目名称：武汉市国家医药及医疗器械配送保障动员中心楼，建设时间为2016年，设计使用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102-2002》；整体建筑高度30m，跨度25.6m+25.9m+25.6m，柱距8.4m，屋面坡度5%；屋面、墙面檩条间距均为1.5m。恒荷载为0.80kN/m2，包含双层彩钢板，附加檩条、玻璃丝棉、主檩条、拉条、隅撑、灯具、喷淋、光伏板、暖通风管荷载；活荷载：0.30kN/m2（≥60m2）；风荷载：0.35kN/m2（50年一遇）：雪荷载：0.60kN/m2（100年一遇）；抗震烈度：6度（0.05g），不考虑抗震。采用单榀刚架（如图一）计算，主要计算控制指标如图二。

                      图一主钢架简图

                         图二计算控制指标
       （二）合肥医药物流项目分拣中心二期立库
       合肥医药物流项目分拣中心二期立库：建设时间为2017年，设计使用《钢结构设计规范GB50017-2003》；建筑高度24m，跨度23.8m+23.7m，柱距7.5m，屋面坡度5%；屋面、墙面檩条间距均为1.5m；恒荷载：0.80kN/m2，包含双层彩钢板、附加檩条、玻璃丝棉、主檩条、拉条、隅撑、灯具、喷淋、光伏板、暖通风管荷载；
       活荷载：0.30kN/m2（≥60m2）风荷载：0.35kN/m2（50年一遇）：雪荷载：0.70kN/m2（100年一遇）；抗震烈度：7度（0.10g），四级抗震；采用单榀刚架（如图三）计算，主要计算控制指标如图四。

                    图三主钢架简图

                  图四计算控制指标
       二、新旧门式刚架规范和可靠度规范对比
       （一）门式钢架规范适用范围对比
       在整体的对比过程当中，旧规范主要适用“单跨”或“多跨式”门式钢架，其具有轻型屋盖以及轻型外墙，无桥式吊车或有起重量不大于20t左右A1～A5工作级别的单层式房屋。而新规范则对整体的房屋高度具有明确要求，其要求不超过18m。且房屋整体的高宽度需要小于“1”。
       （二）可靠度规范荷载分项系数对比
       旧版建筑结构可靠度统一设计标准GB50068-2001规定：7.0.4条，荷载分项系数按下列规范采用；
       1.永久荷载分项系数，当永久荷载对结构构件的承载力不利时，对式（7.0.2-1）及（7.0.2-3）应取1.2，对式（7.0.2-2）应取1.35；当永久荷载对结构构件的承载力有利时，不应大于1.0；
       2.第1个和第i个可变荷载分项系数和，当永久荷载对结构构件的承载力不利时，在一般情况下取1.4；当永久荷载对结构构件的承载力有利时，应取0；
       新版建筑结构可靠度统一设计标准GB50068-2018规定：8.2.9建筑结构的作用分项系数应按下表一；
                                                                              表一荷载分项系数

       经过新旧规范对比，荷载分项系数明显提高了约8%；
       三、新旧钢结构规范对比
       （一）钢梁宽厚比对比
       旧规范GB50017-2003的钢梁宽厚比规定如图五：

                    图五钢梁翼缘、腹板宽厚比
       备注：旧版规范对梁腹板的高厚比限制为250，但是屈曲后强度必须满足规范要求；
       新规范GB50017-2017的钢梁宽厚比规定如图六：

                      图六钢梁翼缘、腹板宽厚比
       焊接工字梁：腹板高厚比限制：旧钢规限制要求，在新钢表S2~S3之间；翼缘宽厚比限制：旧钢规限制要求与S4相同；
       备注：由于立体库高度很高，风荷载、地震力等水平荷载作用下，大部分钢结构的破坏都是由稳定破坏引起的，所以梁腹板、翼缘的宽厚比选用新版规范的S3级来控制，考虑按翼缘全部屈服，腹板可发展不超过1/4截面高度的塑性；
       （二）钢柱宽厚比对比
       旧规范GB50017-2003的钢柱宽厚比规定如图七：
       翼缘宽厚比限制：旧钢规对H型柱(Q345B)翼缘的宽厚比限制为10.725或12.375；腹板宽厚比限制：旧钢规对H型柱(Q345B)腹板的高厚比限制与长细比、腹板边缘应力相关；
       新规范GB50017-2017的钢柱宽厚比规定如图八：

                         图七钢柱翼缘、腹板宽厚比

                        图八钢柱翼缘、腹板宽厚比
       焊接H型柱：
       腹板高厚比限制：旧钢规限制要求，在新钢表S3~S4之间；翼缘宽厚比限制：旧钢规限制要求与S3、S4相同；
       备注：由于立体库高度很高，风荷载、地震力等水平荷载作用下，大部分钢结构的破坏都是由稳定破坏引起的，所以新版规范对柱腹板、翼缘的宽厚比按S3级控制，主要考虑按翼缘全部屈服，腹板可发展不超过1/4截面高度的塑性；
       四、30m高立体库按新旧设计结果对比
       （一）按旧规范钢梁、钢柱设计结果如下图九、图十；

                   图九钢梁截面（左右坡对称）

                     图十钢柱截面（左右对称）
       （二）按新规范钢梁、钢柱设计结果如下图十一、图十二；

                   图十一钢梁截面（左右坡对称）

                     图十二钢柱截面（左右对称）
       （三）按新旧规范钢梁、钢柱的含钢量分析，如表二；
              表二 30m高立体库含钢量变化

       经过仔细分析，可以得知新旧规范下，30m高立体库钢架粱、柱含钢量占据整体变化的82%，整体造价增加约33%。
       五、24m高立体库按新旧设计结果对比
       （一）按旧规范钢梁、钢柱设计结果如下图十三、图四；

                   图十三钢梁截面（左右坡对称）

               图十四钢柱截面（左右对称）
       （二）按新规范钢梁、钢柱设计结果如下图十五、图十六；

              图十五钢梁截面（左右坡对称）

              图十六钢柱截面（左右对称）
       （三）按新旧规范钢梁、钢柱的含钢量分析，如表三；
                表三 24m高立体库含钢量变化

       经过分析，可以得知24m高立库含钢量的整体变化约为90%，整体造价增加约11%。
       结束语：
       综上所述，新门规GB51022-2015和新钢标GB50017-2017的实施，造成新建钢结构比已建钢结构的含钢量有所增加。含钢量增加与屋面恒活荷载、风荷载、雪荷载、新旧规范等相关；按最新规范复核计算，刚架含钢量的变化主要是钢梁、钢柱截面宽厚比限值要求提高引起。因此立体库钢结构的设计宜立足于规范条文的适用与计算参数的选用，再进行钢构件的受力分析与含钢梁的控制。
       作者简介
       占建斌，1982.03，男，福建宁德，硕士研究生，长江水利水电开发集团（湖北）有限公司长江工程勘测设计公司，结构工程师，结构工程。