門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺談

齊春龍

《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》公布以來,這類工程發(fā)展迅猛,《規(guī)程》起了很大的推動作用。目前國內(nèi)每年有上千萬平方米的輕鋼建筑工程,主要用于輕型的廠房、倉庫、體育館、展覽廳及活動房屋、加層建筑等。門式剛架的梁、柱多采用焊接H形變截面構(gòu)件,單跨剛架的梁柱節(jié)點(diǎn)采用剛接,多跨者大多剛接和鉸接并用;柱腳可與基礎(chǔ)剛接或鉸接;圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用壓型鋼板;保溫隔熱材料多采用玻璃棉。

1 單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量輕。圍護(hù)結(jié)構(gòu)由壓型金屬保溫板、保溫層及檁條等材料組成,屋面、墻面的質(zhì)量都很輕。單層輕型門式剛架房屋承重結(jié)構(gòu)的用鋼量一般為10 kg/m2～30 kg/m2,由于結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕,相應(yīng)的基礎(chǔ)可以做得較小,地基處理費(fèi)用也較低。同時(shí)在相同地震烈度下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)小。

2)施工周期短。門式剛架輕鋼廠房的主要構(gòu)件和配件多為工廠制作,質(zhì)量易于保證,工地安裝方便;除基礎(chǔ)施工外,基本沒有濕作業(yè);構(gòu)件之間的連接多采用高強(qiáng)度螺栓連接,安裝迅速。

3)經(jīng)濟(jì)效益高。門式剛架結(jié)構(gòu)通常采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)周期短;原材料種類單一;構(gòu)件采用先進(jìn)自動化設(shè)備制造;運(yùn)輸方便等。所以門式剛架結(jié)構(gòu)的工程周期短,資金回報(bào)快,投資效益相對較高。

4)柱網(wǎng)布置比較靈活。傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式由于受屋面板、墻板尺寸的限制,柱距多為6 m,當(dāng)采用12 m柱距時(shí),需設(shè)置托架及墻架柱。而門式剛架結(jié)構(gòu)的圍護(hù)體系采用金屬壓型板,所以柱網(wǎng)布置不受模數(shù)限制,柱距大小主要根據(jù)使用要求和用鋼量最省的原則來確定。

2 設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

1)屋面活荷載取值。屋面結(jié)構(gòu),包括屋面板和檁條,其豎向均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值(按水平投影面積計(jì)算)應(yīng)取0.5 kN/m2。《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定不上人屋面的活荷載為0.5 kN/m2,但構(gòu)件的荷載面積大于60 m2的可乘折減系數(shù)0.6。所以可用0.3 kN/m2,與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范保持一致。國外同類工程要考慮0.15 N/m2～0.5 N/m2的附加荷載,而我國無此規(guī)定,遇到超載情況,就要出安全問題?，F(xiàn)在有的剛架梁做得過于經(jīng)濟(jì),檁條單薄,今后應(yīng)特別注意,特別是當(dāng)雪荷載大于0.3 kN/m2時(shí),一定按雪荷載大小取值。否則,大雪過后垮塌在所難免。

2)受彎構(gòu)件的撓度控制?？蚣苄绷旱呢Q向撓度限值一般情況下規(guī)定為1/180,此撓度控制僅適用于支撐壓型鋼板屋面和冷彎型鋼檁條,對于有吊頂?shù)奈菝?門式剛架的斜梁撓度最大為1/240,有懸掛起重機(jī)的屋面梁豎向撓度不大于1/400。

3)活荷載最不利布置?；詈奢d最不利布置的取舍在《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中并沒有明確要求,就此我曾經(jīng)請教過《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的編者,他的答復(fù)是輕鋼屋面是不上人屋面,不考慮活荷載最不利布置。但荷載規(guī)范的編者給出的答復(fù)是必須考慮。結(jié)合國外規(guī)范,國外輕鋼屋面活荷載的取值普遍較國內(nèi)大,因此,我們認(rèn)為在施工及使用過程中如不能有效防止最不利活荷載出現(xiàn),應(yīng)考慮活荷載的最不利布置。

4)壓型鋼板設(shè)計(jì)。壓型鋼板的波高越高,截面的抗彎剛度就越大,承受的荷載也就越大,壓型鋼板可根據(jù)建筑特點(diǎn)、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式等因素綜合考慮,為了滿足防火要求,現(xiàn)在復(fù)合壓型保溫板通常采用巖棉或玻璃絲綿作為填充材料,聚苯保溫板逐步退出了歷史的舞臺。鋼板在工程中大部分采用Q235-A鋼。有時(shí)候檁條跨度大,屋面板上部還要求做SBS防水層時(shí),按慣例安裝小波高復(fù)合板不能滿足荷載要求,這時(shí)我們會考慮采用大波板,但把波峰朝下,把彩板倒過來安裝,這樣既能滿足荷載要求,又能滿足SBS防水層的粘貼。

5)檁條設(shè)計(jì)。a.檁條宜優(yōu)先選用實(shí)腹式結(jié)構(gòu),也可采用空腹式構(gòu)件;檁條跨度大于9 m時(shí)宜采用格構(gòu)式構(gòu)件。b.實(shí)腹式檁條宜采用C形檁條或Z形檁條,格構(gòu)式檁條可采用平面桁架、空間桁架或下?lián)问綑_條。c.檁條的拉條當(dāng)采用圓鋼時(shí),圓鋼直徑不宜小于10 mm,拉條一般應(yīng)布置在距檁條上翼緣1/3腹板高度范圍內(nèi),但當(dāng)風(fēng)壓作用下檁條下翼緣受壓時(shí),拉條應(yīng)適當(dāng)調(diào)整高度。

6)剛架柱間支撐的設(shè)計(jì)。根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,剛架柱間支撐的內(nèi)力,應(yīng)根據(jù)該柱列所受縱向風(fēng)荷載按支承于柱腳的豎向懸臂桁架計(jì)算,并計(jì)入支撐對柱起減少計(jì)算長度而應(yīng)承受的力,對于交叉支撐可不計(jì)壓桿的受力。當(dāng)同一柱列設(shè)有多道柱間支撐時(shí),縱向力在支撐間可平均分配。

7)伸縮縫間距的設(shè)計(jì)。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段長度應(yīng)符合下列規(guī)定：縱向溫度區(qū)段長度不大于300 m;橫向溫度區(qū)段長度不大于150 m。當(dāng)有計(jì)算依據(jù)時(shí),溫度區(qū)段可以適當(dāng)加大。溫度區(qū)段超限,可以通過增加支撐來消化溫度應(yīng)力,使溫度應(yīng)力均勻分配到柱基,保證廠房的整體不被破壞。

3 結(jié)語

輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)具體工程情況會有不同的要求,但有一條是不變的,那就是《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定,一切以《規(guī)程》為準(zhǔn)繩,靈活應(yīng)用,為鋼結(jié)構(gòu)在我國的蓬勃發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

[1] 陳紹蕃.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國計(jì)劃出版社,2008.

[2] 張宏學(xué).門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性研究[J].山西建筑, 2008,34(3)：102-103.