大跨度单层库房结构方案经济性比较及主要节点研究

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【摘要】以北京首都机场北货运区航空货运大通关基地5-程为实例，对门式刚架轻型钢结构体系的设计方案及主要节点做法予以分析比较，并结合具体工程实例进行计算分析，得出一些阶段性结果，为今后同类项目的设计起参考作用。
【关键词】物流库房；门式刚架；抽柱；托梁；用钢量；钢梁柱节点；柱脚。
目前，我国经济正在持续快速增长，对物流的需求在不断提高，要求有高效、及时、快捷的物流系统，特别是首都北京作为国际化大都市，对物流、配送及其配套项目需求量非常大。而物流系统的核心部分就是库房，所以如何建造既能满足物流系统工艺要求，又造价经济、施工便捷的库房就是整个物流系统建设的重要部分。这种库房目前主要采用单层轻型屋面、大跨度、大空间的建筑形式，其内部一般设有平堆货区、货架区、高货架区，库房内还有装卸货物的叉车、汽车等。通过本文的研究，从建造库房的结构方案比较、不同跨度、不同柱距的主刚架的用钢量比较及主体结构关键节点的比较等多方面入手，对如何设计建造既经济又合理的库房得出较为科学的结论，为今后同类项目的设计起参考作用。
1工程概况
某物流中心位于北京首都机场北货运区的航空货运大通关基地内，为单层轻钢结构库房，本文仅就该物流中心的库房结构设计进行经济性比较。以下列出进行结构计算比较所需的技术统一条件。
1．1建筑结构的设计使用年限和安全等级结构的安全等级：二级；
设计使用年限：50a；
抗震设防类别：丙类。
1．2自然条件
1．2．1风雪荷载(见表1)
1．2．2抗震设防的有关参数(见表2)
1．3设计主要依据
1．3．1主要国家标准及规范、规程《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)、《建筑结构荷载规范》(GB 50009．200 1)(2006年版)、《建筑抗震设计规范》(GB 5001 1．2001)(2008年版)、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECSl02：2002)、网架结构设计与施工规程》(JGJ7-91)、《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》(DBJ 01．501．2009)。
1．3．2工程地质资料
地基土的类型为中软土，建筑场地类别为Ⅲ 类，不考虑地震液化。场地最大冻土深度：0．80m。
2结构方案的比较
目前，根据物流工艺的要求，库房主要以单层轻型坡屋面、大跨度、大空间的建筑形式为主。对于这种单层大跨度、大空间的结构体系，屋面一般采用轻质高强的压型钢板、挤塑聚苯板保温层及PVC卷材防水层的做法。这种屋面做法比传统的混凝土屋面做法重量大幅度降低，其自重仅为40kg／m'左右。屋面下的主体结构一般有两种方案：其一为网架结构，其二为门式刚架结构。
网架结构是由诸多杆件按一定规律组成的高次超静定空间结构，由于杆件之间的相互支撑作用，网架的空间刚度大、整体性好、抗震能力强。网架结构的自重轻，钢材用量省，既适用于中小跨度，也适用于大跨度的房屋；同时也适用于各种平面的建筑，如矩形、圆形、多边形。另外，网架结构杆件划一，适宜工厂化生产，为提高工程质量、进度提供了有利的条件和保证。虽然网架结构适用于大、中跨度、大空间结构体系，但只有房屋跨度较大(36m以上)、柱距较大 (24m以上)，且建筑平面尺寸长短边之比接近于l 或不超过2时比较经济。其次，网架网格尺寸为其短边跨度的l／10～1／16，网架高度一般为短边跨度的 1／13～'1／17，其腹杆与弦杆的夹角为35。"-'60。，所以网架的高度较大，占空间较大。再次，由于网架结构的节点多，杆件多，现场施工较门式刚架结构复杂，安装精确度要求高，费用较高。又由于杆件较多，杆件表面积就多，这样将来防腐涂料及防火涂料的数量就比门式刚架方案要多。另外，支承网架的柱子一般为钢筋混凝土柱，其施工较慢。又由于有些库房屋面下要悬挂单梁起重机，若采用网架结构则起重机的轨道布置要受网架下弦球节点位置的限制，工艺布置灵活性受