門式剛架設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

韓冬歡

0 引言

門式剛架設(shè)計(jì)由于現(xiàn)場施工安裝方便快捷,施工速度快,工業(yè)化生產(chǎn)程度高,因此在現(xiàn)代建筑特別是在工業(yè)廠房、機(jī)場車庫、體育場館、加層建筑等大跨度結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用,針對目前設(shè)計(jì)存在的問題比較多,本人就設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

1 門式剛架柱網(wǎng)尺寸的選擇

門式剛架柱網(wǎng)布置首先應(yīng)滿足廠房工藝使用的要求,門式剛架間距通常為6 m～9 m,不論是否具有吊車、門式剛架的合理柱距,建議采用8 m～9 m,因?yàn)楣こ讨袠?gòu)件數(shù)量的多少,將直接影響加工、安裝的工程量、施工進(jìn)度及造價(jià),一個(gè)工程采用9 m柱距時(shí)的剛架、檁條、吊車梁等構(gòu)件的數(shù)量要比采用6 m柱距時(shí)約減少30%,雖然其截面有所增大,但其對縮短施工周期、降低工程造價(jià)的有利影響十分明顯。門式剛架的經(jīng)濟(jì)跨度建議在21 m～24 m范圍內(nèi),其合理的最大跨度不宜大于36 m。

2 溫度伸縮縫

溫度變化將引起鋼結(jié)構(gòu)廠房變形,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力,其大小與柱子剛度、吊車軌頂標(biāo)高和溫差有關(guān)。當(dāng)廠房平面尺度很大時(shí),為避免產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力,應(yīng)在廠房橫向或縱向設(shè)置溫度縫,將平面尺寸很大的廠房分成若干溫度區(qū)段。溫度區(qū)段的長度可根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行。溫度伸縮縫一般采用設(shè)置雙柱方法處理,也可采用設(shè)置單柱方法處理,對縱向溫度伸縮縫可在屋架支座處設(shè)置滾動支座,對橫向溫度伸縮縫可在框架梁與檁條鉸接處采用橢圓孔滑動方式或槽鋼夾板滑動方式。

3 支撐系統(tǒng)布置時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

1)圓鋼支撐僅用于無吊車廠房,直徑由計(jì)算確定,一般不小于16,按受拉桿計(jì)算。圓鋼支撐與腹板的連接處,當(dāng)腹板厚度t≤5 mm時(shí)應(yīng)補(bǔ)強(qiáng),宜采用專用楔形連接件,端部設(shè)置花蘭螺絲。2)有5 t及以上吊車時(shí),柱子支撐應(yīng)采用型鋼支撐,分兩層設(shè)置,并加設(shè)水平壓桿。無吊車房屋,6.0 m柱距高度超過10 m,7.5 m柱距高度超過13 m時(shí),柱間距支撐應(yīng)分兩層設(shè)置。3)柱間支撐的間距一般為30 m～45 m,無吊車時(shí)一般設(shè)置在端部第一開間或第二開間(并在第一開間相應(yīng)位置設(shè)置剛性系桿)和溫度區(qū)段;有吊車時(shí)吊車梁以上的上部支撐應(yīng)設(shè)置在端開間,并在中間或三分點(diǎn)處同時(shí)設(shè)置上、下部柱間支撐。4)在設(shè)置柱間支撐的開間時(shí),應(yīng)同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐,屋蓋橫向支撐之間應(yīng)設(shè)置剛性系桿,以構(gòu)成幾何不變體系。5)有15 t以上吊車時(shí),應(yīng)設(shè)置屋蓋縱向支撐和增加吊車梁的側(cè)向剛度。6)建筑物寬度大于60 m時(shí),在內(nèi)柱宜適當(dāng)設(shè)置柱間支撐(在外柱支撐相應(yīng)位置設(shè)置)。內(nèi)柱不能設(shè)置交叉支撐時(shí),可改為角撐或縱向剛架。7)在剛架的轉(zhuǎn)折處(邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂)應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿。

4 檁條、墻梁及拉條

門式剛架輕型結(jié)構(gòu)廠房中的檁條和墻梁一般采用高效經(jīng)濟(jì)的實(shí)腹式帶卷邊C形和Z形冷彎薄壁型鋼,其優(yōu)點(diǎn)是截面回轉(zhuǎn)半徑和慣性矩相對較大,整體剛度較好,能夠充分發(fā)揮材料的性能,但同時(shí)也存在截面抗扭剛度較小,對荷載的偏心非常敏感,在計(jì)算時(shí)要考慮可能產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和約束翹曲應(yīng)力。在設(shè)計(jì)檁條、墻梁、拉條一類的圍護(hù)構(gòu)件時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)程的規(guī)定計(jì)算更能符合實(shí)際;為避免造成施工中的不便,應(yīng)盡量不采用雙層拉條。

2)當(dāng)檁條在風(fēng)吸力組合作用下下翼緣受壓時(shí),可通過穩(wěn)定計(jì)算解決;在風(fēng)吸力作用下檁條的穩(wěn)定性可采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式驗(yàn)算。

5 吊車梁設(shè)計(jì)

關(guān)于吊車梁制動桁架的設(shè)置、吊車噸位在20 t以下和跨度在24 m以內(nèi)的輕鋼廠房一般可不設(shè)制動桁架,在規(guī)程(九)中規(guī)定輕鋼廠房只能設(shè)中、輕級工作制橋式吊車,超重量不大于20 t。只要滿足吊車梁的強(qiáng)度和變形以及構(gòu)造要求,在橫向水平剎車力的作用下就能滿足吊車梁的側(cè)向穩(wěn)定,當(dāng)有必要時(shí)可適當(dāng)加大吊車梁上翼緣的寬度,以保證其穩(wěn)定性。不設(shè)吊車制動桁架還可減少制造和安裝工作量,降低造價(jià)。吊車梁端部設(shè)計(jì)有平板式和突緣式。實(shí)際上突緣式用的較多,現(xiàn)在鋼柱用的較多,平板式支座合力點(diǎn)不在腹板位置,柱牛腿要增加加勁肋;吊車噸位大的話還須考慮一個(gè)柱距有吊車、一個(gè)柱距無吊車情況下,平板式支座合點(diǎn)偏心而產(chǎn)生沿廠房縱向彎矩對柱的作用。

6 鋼結(jié)構(gòu)廠房的防銹蝕

鋼結(jié)構(gòu)表面未加保護(hù)而暴露在大氣中就會銹蝕,當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)廠房空氣中有侵蝕性介質(zhì)或鋼構(gòu)件處在潮濕環(huán)境中,鋼構(gòu)件廠房銹蝕就會更加明顯和嚴(yán)重。鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕不僅使構(gòu)件截面厚度減薄,而且還會在構(gòu)件表層產(chǎn)生局部銹坑,當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力時(shí)將引起應(yīng)力集中現(xiàn)象,使結(jié)構(gòu)過早破壞,因此對鋼結(jié)構(gòu)廠房銹蝕問題應(yīng)予以足夠的重視,并應(yīng)根據(jù)廠房侵蝕介質(zhì)情況和環(huán)境條件在總圖布置、車間內(nèi)部工藝布置結(jié)構(gòu)選型和材料選用等方面采取相應(yīng)對策和措施,以確保廠房結(jié)構(gòu)安全使用。一般鋼結(jié)構(gòu)的防銹蝕通常采用防銹漆涂刷其表面,涂層的層數(shù)和總厚度應(yīng)根據(jù)構(gòu)件使用環(huán)境和涂層性質(zhì)決定。一般室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)在自然大氣介質(zhì)作用下,要求涂層厚度為100μ m左右,即底漆兩道,面漆兩道。露天鋼結(jié)構(gòu)或在工業(yè)大氣介質(zhì)作用下的鋼結(jié)構(gòu),要求總厚度在150 μ m～200 μ m或200 μ m以上。鋼柱柱腳在地面以下部分應(yīng)采用強(qiáng)度等級不低于C20混凝土包裹,其保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50 mm。有侵蝕介質(zhì)廠房的受力構(gòu)件,其型鋼厚度不得小于8 mm,受力焊縫厚度不宜小于8 mm。

7 屋面防水

化工廠房防水、防潮要求高,做好廠房屋面防水十分重要,設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意。目前廠房屋面安裝有三種方法:第一種是符合彩板自攻螺釘連接,安裝簡單快捷,但時(shí)間長會有漏水的可能;第二種為自扣式連接,無機(jī)械損傷,剛性大,防火性能好,但蒙皮效應(yīng)相對弱一些;第三種為咬合接口,剛性大、防水性好,維護(hù)費(fèi)用低,外觀清晰流暢,具有現(xiàn)代美感,在廠房中較多采用。鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面漏水基本發(fā)生在內(nèi)天溝系統(tǒng),發(fā)生在天溝與屋面板搭接處的居多,俗稱屋面泛水,在雨水立管與天溝的結(jié)合處也有發(fā)生,相對較少些。由于外天溝的自身特性,不存在這個(gè)問題。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn),防水設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:輕鋼廠房排水天溝宜外設(shè);在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可行的情況下,增加天溝深度;屋面坡度不宜太小;增加雨水斗數(shù)量;選用帶鋁箔的屋面板保溫材料,以防止結(jié)露或雨水溢進(jìn)。

8 防爆設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)廠房具有良好的抗爆性能,強(qiáng)度很高,但由于其在受熱后鋼材的強(qiáng)度大大下降,耐火極限低,在高溫時(shí)將失去承受荷載的能力。為此,對于鋼結(jié)構(gòu)廠房,其允許極限溫度應(yīng)控制在400℃以下,并應(yīng)在各類承重鋼構(gòu)件的外表涂刷防火涂料,使其達(dá)到規(guī)范所規(guī)定的耐火極限要求。

9 結(jié)語

由于門式剛架及鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的快速發(fā)展,設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了不少問題,所以本人就設(shè)計(jì)中常被忽略的一些問題提出一些看法,以引起廣大設(shè)計(jì)人員注意,使我們的設(shè)計(jì)更符合實(shí)際應(yīng)用,達(dá)到提高質(zhì)量和安全可靠的目的。

[1]注一均.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[2]GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50016-2006,建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[4]張 晨.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡單步驟和設(shè)計(jì)思路[J].山西建筑,2005,31(20):72-73.

[5]甄福榮.門式剛架輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要領(lǐng)[J].山西建筑,2009,35(4):102-103.