混凝土柱輕鋼屋面廠房的設(shè)計(jì)
2012-12-31 00:00:00欒德奎
【摘要】我們這里所說的輕鋼屋面不同于傳統(tǒng)的全鋼結(jié)構(gòu)屋面，在設(shè)計(jì)的時(shí)候不能夠簡單的將把門式鋼架的鋼柱替換為混凝土柱，當(dāng)然在工程項(xiàng)目中更是不能夠按照混凝土結(jié)構(gòu)要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。本文針對混凝土柱輕鋼屋面廠房設(shè)計(jì)特點(diǎn)闡述了在設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問題。
【關(guān)鍵詞】混凝土柱；實(shí)腹鋼梁；輕鋼屋面；設(shè)計(jì)
0.前言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在社會(huì)發(fā)展的新時(shí)期我國承載了越來越重的資源與能源壓力。要想全面實(shí)現(xiàn)在2020年國內(nèi)生產(chǎn)總值翻兩番和全面實(shí)現(xiàn)建設(shè)小康社會(huì)的宏觀目標(biāo)，就需要在生產(chǎn)工作中全面落實(shí)可持續(xù)發(fā)展觀戰(zhàn)略，大力降低資源的損耗。在目前的社會(huì)發(fā)展中，建設(shè)資源節(jié)約型國民經(jīng)濟(jì)體系和資源節(jié)約型社會(huì)已成為鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)義不容辭的工作責(zé)任，也是建筑施工單位不容忽視的工作重點(diǎn)。建筑作為國民經(jīng)濟(jì)的重要組成成分，在工程建設(shè)中采用新型的架構(gòu)模式已成為工作的重點(diǎn)，是基于當(dāng)前消費(fèi)者為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的一種新的建筑方式。21世紀(jì)的消費(fèi)人群對于消費(fèi)觀念也提出了新認(rèn)識(shí)，已不再是傳統(tǒng)鋼材結(jié)構(gòu)和構(gòu)建的物理屬性的消費(fèi)模式，而逐步朝著綜合化應(yīng)用邁進(jìn)。輕鋼屋面作為目前廠房設(shè)計(jì)中的主要屋面結(jié)構(gòu)，其具有著形式多樣的特點(diǎn)，同時(shí)更是一種既美觀又實(shí)用的新型屋面結(jié)構(gòu)方式。
1.屋面主要構(gòu)件的受力情況
隨著社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，輕鋼屋面廠房已成為整個(gè)工程項(xiàng)目中不容忽視的工作結(jié)構(gòu)之一，其在施工設(shè)計(jì)中具有鋼結(jié)構(gòu)跨度大、施工周期短、工程造價(jià)低廉的優(yōu)勢，同時(shí)能夠滿足各種荷載需求。這種結(jié)構(gòu)在建設(shè)與設(shè)計(jì)中都是通過以鋼梁和檁條作為主要的構(gòu)成模式而形成了一種新的木棉結(jié)構(gòu)方式，同時(shí)在設(shè)計(jì)中對于其荷載傳遞是通過壓型鋼板均勻地傳遞給內(nèi)部檁條，在通過檁條將荷載力傳遞給鋼梁，進(jìn)而通過支座傳遞給柱和基礎(chǔ)層。鋼梁和混凝土柱的連接由于是不同材料的連接，因此很難做成剛接，計(jì)算時(shí)常把它簡化為鉸接，這樣，鋼梁就簡化成為簡支梁。鋼梁的強(qiáng)度由規(guī)范的公式容易算出，但鋼梁的穩(wěn)定性需要構(gòu)造措施來滿足。而混凝土柱由絞支撐鋼梁底面，多數(shù)情況下還可以將中間混凝土柱與鋼梁連接用鋼梁來連續(xù)。
2.計(jì)算程序
在這類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中仍是用STS里面門式剛架的程序來計(jì)算的，建模的順序跟設(shè)計(jì)門式鋼架一樣，但由于混凝土柱與鋼梁的連接處理難以達(dá)到剛接連接，因此梁柱的連接一般采用鉸接連接形式，而一般門式鋼架結(jié)構(gòu)邊鋼架柱與梁的連接均采用剛接連接形式，由于連接形式的不同，致使這種體系單榀鋼架的受力截然不同于一般的門式鋼架，設(shè)計(jì)時(shí)不能簡單的把門式鋼架的鋼柱替換為混凝土柱，應(yīng)根據(jù)這類結(jié)構(gòu)體系的特殊性有針對的進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.連接形式與規(guī)范選擇
屋面支撐雖然不是主要的受力構(gòu)件，但是卻是連接屋面的主要成分同時(shí)也是屋面承重結(jié)構(gòu)的重要組成部分。適當(dāng)而有效地布置支撐體系，不僅能夠美觀屋面設(shè)計(jì)節(jié)省能源消耗，還能使屋面具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。混凝土柱與鋼梁大多都采用鉸接連接，混凝土柱底采用剛接，多跨情況下的中間混凝土柱與鋼梁的連接采用鋼梁連續(xù)，混凝土柱鉸撐于鋼梁底面。這類結(jié)構(gòu)已經(jīng)超出門規(guī)的使用范圍，結(jié)構(gòu)類型應(yīng)選擇“單層鋼結(jié)構(gòu)”，如果為抗震地區(qū)且選擇了地震作用計(jì)算，程序會(huì)自動(dòng)按照抗震規(guī)范第九章關(guān)于單層鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)定進(jìn)行控制；混凝土柱應(yīng)按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相應(yīng)要求，鋼梁應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)要求，當(dāng)采用工形變截面梁時(shí)，建議梁構(gòu)件承載力的校核采用按門式剛架規(guī)程進(jìn)行校核，以考慮軸力的影響與變截面梁的穩(wěn)定計(jì)算，但局部穩(wěn)定應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、抗震規(guī)范的要求。
4.單榀設(shè)計(jì)
4.1建模
鋼梁對混凝土柱的約束反力與混凝土柱本身的剛度是緊密相關(guān)的，為了能夠反映真實(shí)的內(nèi)力，應(yīng)該進(jìn)行整體分析，并以整體分析的結(jié)果來設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、混凝土柱的配筋與鋼梁。把它們分開來分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往使設(shè)計(jì)結(jié)果帶來不安全的隱患：如果在柱與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有考慮屋面斜鋼梁對柱的推力，會(huì)導(dǎo)致柱配筋與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)嚴(yán)重偏小，按這種方式設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在安裝過程中就有可能出現(xiàn)基礎(chǔ)被翹起、混凝土柱頂位移過大、柱身出現(xiàn)裂縫、鋼梁撓度過大等問題。
4.2計(jì)算
節(jié)點(diǎn)是鋼梁與混凝土柱之間的主要計(jì)算形式。鋼梁拼接節(jié)點(diǎn)，鋼梁連接點(diǎn)是否達(dá)到構(gòu)造要求是計(jì)算之重。程序自動(dòng)根據(jù)整體分析得結(jié)果，按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行混凝土柱的配筋計(jì)算，按選定的鋼梁構(gòu)件驗(yàn)算規(guī)范進(jìn)行鋼梁的校核，在布置基礎(chǔ)的情況下，同時(shí)根據(jù)整體分析柱底力完成基礎(chǔ)的計(jì)算。
5.整體設(shè)計(jì)
5.1混凝土柱與鋼梁的鉸接連接處理
一般存在三種連接構(gòu)造處理：完全抗剪連接構(gòu)造，這種連接構(gòu)造能夠把梁端的推力以剪力的方式完全傳遞給混凝土柱；完全滑移連接構(gòu)造，這種連接構(gòu)造容許梁端相對混凝土柱頂自由滑移，梁端的推力由于相對的滑移而釋放，作用力不傳遞給混凝土柱；介于以上二者之間的部分滑移連接構(gòu)造，這種連接構(gòu)造容許梁端相對混凝土柱頂有一定的滑移量，梁端的推力由于相對的滑移而部分釋放，剩余作用力以剪力的方式傳遞給混凝土柱。
5.2三種計(jì)算模型的內(nèi)力分析
分析時(shí)采用的是鉸接完全抗剪模式，實(shí)際處理時(shí)處理成了長圓孔等滑動(dòng)支座形式，這會(huì)導(dǎo)致鋼梁的強(qiáng)度應(yīng)力比、撓度等計(jì)算結(jié)果嚴(yán)重偏小，同樣給鋼梁的設(shè)計(jì)帶來不安全隱患。
5.3程序的處理
考慮到混凝土柱與鋼梁的不同構(gòu)造前提，連接也可以通過設(shè)置混凝土柱的柱頂不同約束情況來實(shí)現(xiàn)。對于定義完全滑移與部分滑移的分析模型，必須保留一個(gè)梁端為完全約束的普通鉸接節(jié)點(diǎn)，否則會(huì)出現(xiàn)分析上的可變體系，使分析無法進(jìn)行。在定義完全滑移或部分滑移約束的情況下，程序分析結(jié)果中，在查看該混凝土柱的構(gòu)件信息時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)程序?qū)嶋H分析出來的滑移量，根據(jù)分析結(jié)果可以用來處理設(shè)置滑移的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。
5.4施工圖的處理
門式剛架施工圖程序中，能夠根據(jù)整體分析的結(jié)果，處理這類節(jié)點(diǎn)及鋼梁的施工圖。在容許滑移的連接節(jié)點(diǎn)施工圖中，底板設(shè)置長圓孔，長圓孔標(biāo)注的長度尺寸為支座底板相對于支承面的容許滑移距離。為保證滑移的順利進(jìn)行，墊板與底板之間不應(yīng)施焊，底板于混凝土柱頂接觸面處理應(yīng)保證支座底板與支承面間在容許距離內(nèi)自由滑動(dòng)。對于限制滑移量的連接節(jié)點(diǎn)中，當(dāng)滑移量達(dá)到容許距離時(shí)支承面應(yīng)設(shè)置可靠抗剪措施，限制繼續(xù)滑移，使剩余剪力能夠完全傳遞給柱。
6.結(jié)束語
輕鋼屋面結(jié)構(gòu)的發(fā)展之門已經(jīng)打開，可以預(yù)言21世紀(jì)輕鋼屋面發(fā)展前景的廣闊。輕鋼屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著重以安全、合理、可行、經(jīng)濟(jì)為原則，設(shè)計(jì)人員不僅要按規(guī)范設(shè)計(jì)，還要同當(dāng)前具體實(shí)際情況緊密結(jié)合起來，例如鋼材的質(zhì)量指標(biāo)、焊接技術(shù)、安裝工藝等進(jìn)行綜合考慮；除了滿足強(qiáng)度的要求外，還要注意各種構(gòu)造措施的運(yùn)用，理解它的受力原理是做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 [科]
