門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求

邢臺市建筑設(shè)計研究院 侯利鋒

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求

邢臺市建筑設(shè)計研究院 侯利鋒

近年來,門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系作為輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑和民用建筑的主要結(jié)構(gòu)形式之一,已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。本文對門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求進(jìn)行了探討。

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

一、門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的特點

(1)構(gòu)造簡單,材料單一。容易做到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化定型化,構(gòu)件加工制作工業(yè)化,所以現(xiàn)場安裝預(yù)制裝配化程度高。(2)自重輕。降低了基礎(chǔ)材料用量;減少構(gòu)件運(yùn)輸、安裝工作量;并且有利于結(jié)構(gòu)抗震。(3)施工工期短。構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)定型裝配化程度高,所以現(xiàn)場安裝簡單快速,現(xiàn)場沒有濕作業(yè),現(xiàn)場安裝不受氣候影響。(4)可以滿足多種生產(chǎn)工藝和使用功能的要求。(5)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑屬于環(huán)保性、節(jié)能性產(chǎn)品,廠房可以搬遷,材料可以回收。(6)造價相對較便宜。隨著我國鋼產(chǎn)量的增加,鋼材價格的下調(diào),競爭的激烈,輕鋼結(jié)構(gòu)建筑與同類磚混結(jié)構(gòu)建筑相比,造價持平或略低。

二、門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)是一種有效利用材料的結(jié)構(gòu)形式。由于構(gòu)件尺寸較小,房屋高度相應(yīng)降低,建筑體積和重量減小。剛架構(gòu)件可以在工廠批量化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),工地采用高強(qiáng)螺栓安裝連接,簡便而迅速,施工工期短,社會效益和綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯。同時,門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)造型簡潔美觀,改擴(kuò)建容易,一般設(shè)計、制作和安裝一體化,在房屋建筑中適用性強(qiáng)。

1.門式剛架的結(jié)構(gòu)形式

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置較為靈活,可以滿足各種使用功能的廠房設(shè)計要求。其選用的形式也較多,從結(jié)構(gòu)的跨度可以分為:單跨、雙跨、多跨和高低跨;從截面形式可以分為:實腹式和格構(gòu)式;從是否帶吊車可以分為:帶吊車結(jié)構(gòu)和不帶吊車結(jié)構(gòu);從屋面坡度可以分為:單坡和雙坡。本文主要研究單跨、雙跨、三跨和帶吊車和不帶吊車等幾種結(jié)構(gòu)形式。

2.門式剛架的主要結(jié)構(gòu)組成

(1)剛架:在門式剛架房屋結(jié)構(gòu)中,承重結(jié)構(gòu)一般采用三塊鋼板焊成的H形截面實腹式剛架,結(jié)構(gòu)柱與梁工廠制作,現(xiàn)場采用高強(qiáng)螺栓連接。(2)吊車梁:由于門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)多采用中、輕級工作級別單梁吊車或是電動葫蘆,其噸位一般不大于20噸,吊車梁通常采用加強(qiáng)上翼緣的實腹式工形截面梁,以承擔(dān)吊車橫向水平制動力的要求。(3)抗風(fēng)柱:門式根據(jù)輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)中的抗風(fēng)柱主要承受兩種荷載:墻板自重和水平風(fēng)荷載。相比較而言,水平風(fēng)荷載對抗風(fēng)柱的影響遠(yuǎn)大于墻板自重,一般下端與基礎(chǔ)鉸接,上端與屋面梁通過彈簧板連接。(4)屋面和墻體:多采用輕質(zhì)高強(qiáng)屋面材料,如各種型式的彩色壓型鋼板等;對需要保溫的廠房,則可采用夾芯保溫板。這樣使整個廠房的自重大為降低。由于新型墻板柔性大,適應(yīng)變形能力強(qiáng),對結(jié)構(gòu)的剛度要求也相對較低。(5)檁條和墻梁:檁條和墻梁多采用大斷面的冷彎薄壁型鋼,高度可達(dá)300mm,厚度達(dá)3.0mm。但當(dāng)跨度大于12m時,采用實腹式檁條變得很不經(jīng)濟(jì)或規(guī)格常受到限制,宜采用桁架式。檁條和墻梁不僅增加廠房的縱向剛度,而且傳遞縱向水平力。(6)支撐:支撐包括柱間支撐和屋面支撐。其布置及計算目前一般采用和普通鋼結(jié)構(gòu)廠房相似的方式。(7)基礎(chǔ):一般采用鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)、柱下條形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)等幾種基礎(chǔ)形式。另外,壓型鋼板與橫梁、檁條(墻架梁)牢固連接所形成的應(yīng)力蒙皮效應(yīng),可以提高剛架的穩(wěn)定性,減少支撐的數(shù)量,從而節(jié)約鋼材。

三、輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求

(1)主剛架:主剛架一般假設(shè)成平面結(jié)構(gòu),按彈性方法分析內(nèi)力和變形。對于單層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房所要考慮的荷載是風(fēng)荷載、雪荷載、吊車荷載、結(jié)構(gòu)自重和屋面活載,地震作用基本不起控制作用。主剛架截面通常采用薄板和中厚板焊接的工形截面,腹板的高厚比在100以上,但較少布置加勁肋,按有效截面理論計算構(gòu)件的強(qiáng)度,充分利用鋼材屈曲后強(qiáng)度,鋼板厚度基本不會超過20mm。主剛架的梁柱構(gòu)件常采用變截面,在彎矩較大的部位加大腹板的高度或加腋,使構(gòu)件的截面材料得到充分利用。設(shè)計時可考慮檁條和墻梁對主體剛架的平面外穩(wěn)定作用,或加隅撐進(jìn)一步提高主結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。(2)吊車梁:門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)多采用20噸以下的中、輕級工作級別吊車,由于輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房中的吊車產(chǎn)生的橫向荷載比較小,一般不需要設(shè)置制動結(jié)構(gòu),采用加強(qiáng)受壓翼緣方式提高吊車梁的整體穩(wěn)定性,吊車梁的上翼緣與腹板采用熔透對接焊縫連接,下翼緣與腹板采用角焊縫連接。(3)抗風(fēng)柱:抗風(fēng)柱的上端采用彈簧板與剛架梁相連,下端設(shè)置單獨的基礎(chǔ),彈簧板由一塊鋼板折疊而成,豎向剛度很弱,上部的鋼架梁可以自由變形,節(jié)點不傳遞豎向力。在水平方向彈簧板不容易發(fā)生變形,剛度很大,能夠保證水平荷載的傳遞。抗風(fēng)柱的柱腳節(jié)點同正常鋼柱的柱腳,分剛接和鉸接兩種形式。而對門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)柱來說,采用什么樣的柱腳節(jié)點對抗風(fēng)柱的設(shè)計影響不大,但對于基礎(chǔ)的設(shè)計則非常關(guān)鍵。(4)檁條、墻梁:輕鋼房屋結(jié)構(gòu)房屋的屋面和墻面結(jié)構(gòu)主要是采用冷彎薄壁型鋼,按簡支梁設(shè)計,可利用墻板和屋面板的約束作用保證其側(cè)向穩(wěn)定性。(5)支撐體系:此外,還要設(shè)計山墻抗風(fēng)柱和屋(墻面)支撐。輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的支撐多為單角鋼或圓鋼交叉支撐,按拉桿設(shè)計,如有特殊需要也可采用人形支撐。(6)基礎(chǔ):根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的傳遞的基礎(chǔ)反力和地質(zhì)資料設(shè)計基礎(chǔ),為保證基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性和減小基礎(chǔ)的偏心矩,通常設(shè)置基礎(chǔ)地梁。基礎(chǔ)設(shè)計中要考慮多臺多跨吊車荷載對基礎(chǔ)的不利影響,過大偏心距的設(shè)計和柱腳抗剪設(shè)計。(7)輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場連接主要螺栓連接,主剛架結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度螺栓,支撐和屋(墻)面結(jié)構(gòu)采用普通螺栓。

[1]劉承宗,周志勇.我國輕鋼建筑及其發(fā)展問題探討.工業(yè)建筑,2007,30(4)

[2]弓曉蕓.輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用及發(fā)展.工業(yè)建筑.2007,30(5)

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