【摘要】本文主要从柱网布置、结构体系、支撑布置、围护构造、节点结构等方面，详细阐述钢结构工程优化设计注意要点，提出了钢结构仓库的设计与计算要求，充分考虑主体结构的设计特点及常见的计算注意要点，结合业主的使用要求完成钢结构仓库设计，以供同仁参考之用。
【关键词】钢结构；仓库；优化设计
前言：
钢结构工业厂房自身具有自重轻、强度高、施工工期短等特点，故一直受到建设企业的青睐。随着物流产业这几年在中国的兴起，越来越多的大跨度、大柱距的钢结构物流仓库被投入使用。物流仓库经过几年的发展，也逐渐形成标准化、模块化。投资方一般会要求钢结构工程公司按建筑的方案图进行带设计用钢量投标，而笔者作为钢结构工程公司的设计人员深感此行业的竞争激烈。
1.钢结构仓库的结构特点
作为出租性质的钢结构仓库，为满足各种承租公司的不同物流种类的需求，以及货物堆放与运输的灵活性，需要仓库的经济合理的情况下做到大跨度、大柱距，且要求中柱列的支撑应采用门式刚架支撑形式。屋面一般采用单层压型钢板加保温棉，再配合冷弯薄壁型钢檩条骨架，形成较为经济的屋面围护系统。墙面为满足仓库的装卸货物需要，在装卸平台一侧设置带撑杆的大雨篷及大滑升门，而另一侧按防火分区设置小逃生门。为降低造价，根据墙面的洞口布置情况，纵向支撑在遇害到大洞口时，需改成门式刚架支撑结构，门洞不影响时，可设置圆钢交叉支撑。
2.钢结构仓库主要组成部分
2.1钢结构屋盖结构设计
钢结构屋盖的承重构件主要由冷弯薄壁型钢檩条与拉条、撑杆组成，截面形状一般为“C”型或“Z”型。计算时荷载导荷明确，计算简图清晰，构件的强度一般都用到比较极限，安全储备较低。设计人员在进行优化设计时，很容易忽略板件的负公差、加工开孔的损耗以及环境对冷薄壁型钢的腐蚀影响。如果再考虑上在安装、制造与使用过程中各种因素（如北方的积雪）的影响，容易造成钢结构体系的屋盖承载力不足，变形过大，甚至产生严重破坏。屋面系统的破坏会产生连锁反应，刚架可能会因屋面檩条的破坏拉力作用，出现扭转、弯曲，直至倒塌。因此，设计人员也应重视屋盖系统的围护构件的设计。
屋盖系统是第一个承受荷载的体系，应在计算时充分考虑实际可能出现的各种布置情况，且在没有充分依据时，构件设计应留有一定的安全储备。实际工程中有发现部分厂家为竞争，屋面檩条计算时，活荷载采用规范的最低限值按一次性加载计算，忽略了施工阶段的不利情况。活荷载一次性加载计算结果比活荷载按不利布置计算结果，应力比会小80%左右，两者计算结果相差较大。笔者认为活荷载一次性加载的计算方式不妥，也不符合规范对概率理论设计方法的要求。
2.2墙面围护结构设计
目前，一般认为墙梁构件采用“C”型或“Z”型的冷弯薄壁型钢，壁厚较薄，为比较省钢的做法。在进行墙梁计算时，要考虑风荷载的变异性，及拉条支撑的布置情况。风荷载有压力与吸力情况，对于墙梁计算就会产生墙梁的内、外翼缘均有可能出现受压变形的情况。因此，计算中考虑了拉条作用于墙梁的内、外翼缘，实际施工时应计书中的支撑条件布置图内外的支撑拉条。当有内外墙板与墙梁打钉连接时，墙板可充当拉条作用，可取消拉条的设置。
2.3屋面钢梁结构
屋面钢梁为主刚架结构的重要组合部分，而主刚架结构在整个仓库结构的用钢量中所占的比例会达到50%左右。因此，屋面钢梁的优化设计也是各个钢构厂家的重点。
屋面钢梁的设计根据刚架的弯矩包络图，按满应力设计法来进行屋面梁的分段。对于无吊车的仓库钢结构工程，与边柱连接的梁段长度取刚架跨度的（0.15～0.2）倍，与中柱连接的两侧梁段长度取刚架跨度的（0.2～0.25）倍，剩余的中间段长度再由运输条件的做适当调整，一段梁长在15米以内为比较合适的运输长度。
对于仓库结构，屋面为轻钢结构，屋面梁的优化设计主要是利用较薄的腹板，做到较高的梁截面，在满足规范要求的情况下，充分利用钢梁的高厚比来达到较为经济的断面选择。目前有些设计人员在优化钢梁截面时，700mm高的梁截面腹板用了5mm厚。首先，这种截面梁加工时，腹板容易产生变形，即使在组立焊接前，钢板有做预热处理，这么高的腹板高度是很难控制腹板的波浪变形的；其次，根据《建筑钢结构防腐蚀技术规程》3.1.4-4条规定：在大气腐蚀环境下，钢结构杆件采用钢板组合时，截面最小厚度不应小于6mm。设计人员做优化设计时，应综合考虑加工问题与结构所在地的大气环境，合理选择构件断面，保证结构在设计年限内的安全性。建议：屋面钢梁的腹板高厚比取小于等于 ，在选用5厚腹板时，梁截面高度宜小于等于600mm。
2.4结构支撑系统问题
轻刚结构屋盖采用交叉圆钢与圆管系杆组合的支撑结构，与柱间门式支撑或交叉支撑组成闭合的一组支撑系统。当刚架间距较大时，屋面圆钢支撑自身的重量就会使其产生下挠，直径越小下挠程度越明显，会让人觉得没有张紧，产生不安全感。因此，圆钢在计算满足的情况下，也应综合使用的效果进行选择断面。
在无法采用交叉柱间支撑处，可选用门式刚架支撑。门式刚架支撑由主刚架方向的H型柱与纵向T型组合成H+T型的组合截面柱，与门式钢梁组合门式刚架结构，纵向结构侧移就由这些门式支撑来保证。门式刚架支撑相比交叉支撑来说侧向刚度较弱，水平荷载较大时，会产生比较大的变形。一般仓库结构会有防火分区隔墙，而隔墙的构造做法将直接影响结构纵向的位移限值。如果还是按《门规》的柱顶位移限值来控制门式支撑的计算，将会对结构造成严重的影响，这一点设计人员也应引起重视。
2.5办公夹层结构
仓库防火分区设置的办公室结构为带夹层的门式刚架结构，夹层部分的梁柱应按钢结构规范验算，截面应满足相应的抗震等级的要求，夹层结构侧移均应满足钢结构规范要求。办公夹层为部分钢框架结构，宜由平面模型结合三维模型计算结果进行结构设计。三维模型荷载导荷清晰，构件受力明确，特别是夹层柱为双向受力构件，只采用平面模型计算并不能充分表达其的受力状态。经过比较分析，对于单跨的办公夹层刚架，平面模型与三维模型计算出来的结果有较大的差别。就拿南京地区的某物流仓库12mX14m的办公夹层进行计算比较，两种计算结果有较大的差别，特别是夹层柱部分，三维模型中的夹层柱应力比会比平面模型大1.3倍左右。而且，局部的夹层的结构布置不平衡，平面模型无法分析结构的不平衡引起的扭转，无法给设计人员一个准确计算结果信息。因此，局部的办公夹层结构应补充三维模型的计算，使得结构分析更准确、设计更合理。
结束语：
钢结构凭借众多特点在工业厂房中普及，而设计人员首先应当明确概念要求，在建筑结构选型过程中要求科学合理，设计中应当考虑施工因素，避免造成施工困难，而结构计算应当多次验算，保证数据准确，优化截面，确保其实现经济与安全的平衡点。
参考文献
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