随着钢结构行业的迅猛发展，钢构企业的迅速壮大，近几年，钢结构厂房的优化设计也越来越常见，许多招投标项目中，都有明确的条文要求需进行钢结构优化设计并报价。本文就钢结构厂房优化设计中需注意的要点进行了一些探讨，以期大家参考和指正。
【关键词】钢结构厂房；优化设计
前言
一提起优化设计，很多人都会有种常规思维，以为优化设计就是拿别人已经设计好的施工图，按照原设计思路，通过降低原有结构的用钢量，以达到节省造价的目的就可以。殊不知，这样做通常会大幅度降低了原设计的安全度，这种优化思路的结果，导致很多时候往往会出现总体用钢量没有下降太多，结构的安全度却大大地降低了，甚至因为没有从结构体系的角度进行综合考虑，还会导致整体结构体系出现安全隐患，结果反而是得不偿失。所以优化设计首先应该分析原有结构的体系布置，简化结构的传力模式和传力途径，经过多方案的比较，以确定最优方案。如果原结构各杆件的安全储备相差较大时，可以根据实际情况选择一个适当的安全储备标准来调整各构件的截面尺寸，使结构整体的安全储备都能比较协调。结构的安全度是相对于结构的整体而言的，只有个别杆件的应力富余量大是没有多少作用的。以下是对钢结构厂房优化设计方法的简要概述。
1、原设计图纸的熟悉及前期资料的准备
1.1 熟悉招标文件及原施工图纸
对于需要进行优化设计的工程，首先就要熟读招标文件，着重留意招标文件中的时间要求、建设地点、工程的细部做法、材料要求、报价形式及关于此工程的一些技术要求（包括工艺要求）等。其次熟悉施工图纸，大致了解厂房的工艺布置；建筑平面、立面、剖面图及一些细部做法；原结构设计所选用的荷载；钢柱、钢梁、吊车梁等主结构的截面尺寸和节点连接方式；屋面檩条、墙梁、压杆、支撑等次构件的截面尺寸等。对于图纸中有不明确或图纸和招标文件有明显出入时，需及时以书面的形式向甲方提出并要求甲方明确，以便在优化设计中能及时解决。
1.2 气象资料
根据工程建设地点及设计使用年限，从《建筑结构荷载规范》查得基本风压和基本雪压；从《建筑抗震设计规范》查得相应的抗震设防烈度和设计基本地震加速度值，根据抗震烈度及厂房的高度确定钢结构房屋的抗震等级；从地质勘查报告（或招标文件）了解场地土类别；根据建筑物的用途及当地有关部门了解大气中是否含腐蚀介质及成分，冬季采暖室外计算温度（或最低日平均温度）等。以上查得的荷载值均需与原设计所选用的荷载值进行校核，如果有出入，需及时以书面的形式向甲方提出并要求明确，以便进行下一步的优化设计工作。
1.3 现行规范、标准的收集
采用何种规范和标准须与钢结构厂房的自身特点确定。哪本规范适用于哪些结构形式，设计人员必须做到心中有数。
2、按原设计思路的优化设计
按原设计思路的优化设计，主要是为了查看原结构设计的整体富余量的大小，在满足一定安全储备的情况下，是否还有较大的优化幅度？柱、梁截面的选择是否合理等？
2.1 檩条、墙梁等次构件的设计
檩条、墙梁等次构件的设计时，首先就得根据墙面板的布置情况先确定厂房的建筑形式是属于封闭式建筑？还是属于部分封闭式建筑？又或者是属于敞开式建筑？建筑形式的不同，对风荷载体型系数的取值影响较大，具体判别可以详参《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》。其次，由于风荷载与雪荷载对厂房的端区和中间区作用力大小有所不同，所以在次构件的设计时，檩条和墙梁的截面尺寸在厂房的端区与中间区一般会有所不同，一般建议截面的高度做成相同，而壁厚做成不同。在厂房的伸缩缝处，连续檩条与墙梁均需断开，在伸缩缝左右两跨的连续檩条均需按边跨檩条来设计，但此处的风荷载与雪荷载则可以按中间区来取值。在支撑和压杆等次构件的设计中，一般从长细比和受力两方面来进行计算，杆件长细比上限值的取值需与主结构的验算规范相统一，抗震设防烈度在8°及以上地区，屋面支撑和柱间支撑都宜采用型钢支撑。
2.2 主结构的设计
一般单层厂房主要以平面刚架来进行计算为主；而对于多层框架，最好还是用三维模型来进行整体计算，一般不建议用平面排架来计算，尤其是在抗震设防地区。对于采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》来进行设计的单层厂房，工字形截面梁、柱构件腹板的厚度除满足规范的要求外，尚应综合考虑工厂的加工水平及构件的自身稳定情况，如果只是按照规范的上限值（ ）来进行构件腹板厚度控制的话，由于构件腹板太薄，极易造成构件自身的扭曲，对工程的安全带来很大的隐患。对于采用三维模型进行整体计算的框架而言，由于规范对梁、柱构件的高厚比限值控制较严，一般建议构件腹板的厚度按规范的上限值来控制，以达到节省钢材的目的。
在吊车梁的计算时，如果吊车梁上设有制动板或设有走道板时，则必须考虑由此产生的附加荷载，此荷载在刚架计算时，也须同时考虑。
3、变更方案的选择及计算
变更方案的选择主要依据厂房自身的特点和甲方的要求而定。变更方案主要有建筑立面造型的变更，梁、柱受力杆件截面形式的变更（如H形钢柱更改成箱形柱或格构柱，桁架更改为H形钢梁等），厂房开间和跨度的变更等。方案的变更要根据招标的要求，同是兼顾工期、工程造价、施工难度等各方面的因素。
单体厂房建筑立面造型的变更，需与厂区的整体效果和企业的文化相结合，力求做到简约、美观、富有活力和现代气息。例如不同的外墙板和不同板型的运用，外墙板颜色的搭配，异形窗的选用，外装饰线条的运用等。
结构的变更方案应根据工艺要求、经济柱距及跨度、建筑美学要求、结构设计分析和技术经济分析等方面综合考虑确定。经济指标分析是综合的，应包括基础费用，钢材用量、制作安装难度及进度等。
主结构和次构件的计算方法与前面阐述的基本相同。荷载效应组合应符合下列原则：（1）屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑，应取两者中较大值；（2）积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；（3）施工或检修集中荷载不与自重以外的其它荷载同时考虑；（4）多台吊车的组合应符合现行国家标准的规定；（5）风荷载一般不与地震作用同时考虑。
所有构件必须做到传力可靠、简捷。在保证结构安全可靠的前提下，构件宜实行功能兼并，一个构件可以承担多种功能。注意等强设计的理论，各个构件、构件的连接节点及整个结构的承载力都必须匹配。尽量减少构件品种及材料的规格，便于材料订货和组织生产。
4、绘制优化施工图
优化施工图的绘制主要应按照招标文件的要求进行，按绘制的时间不同一般分为投标前和中标后两种。投标前的优化施工图一般可着重突出优化部分的图纸，而中标后的优化施工图则与普通施工图无任何区别。
5、结语
一个钢结构厂房的优化设计，并不仅仅是简单的重复验算，而应该运用开放性的思维，着重于变化方案的选择和计算，协调整个结构的安全度，使结构从整体到杆件和节点的安全富余量都能比较匹配，力求做到安全、经济、适用和美观。
参考文献：
[1]《建筑结构荷载规范》GB 50009― 2012 中国建筑工业出版社，2012
[2]《建筑抗震设计规范》GB50011―2010 中国建筑工业出版社，2010
[3]《钢结构设计手册》GB 50017―2003 中国建筑工业出版社，2004
[4]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102：2002 中国计划出版社，2003
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