鋼結構門式鋼架設計實例

【摘 要】隨著輕型層面材料技術的高速發(fā)展，鋼結構門式鋼架結構完全可以代替以混凝土為主層面板傳統(tǒng)結構，本文結合工程應用對門式鋼架結構的設計要點進行闡述和總結，提出了門式鋼架結構實施的可行性和優(yōu)點，結合門式鋼架實際中的運用指出它的經(jīng)濟合理安全可靠的特點。

【關鍵詞】門式鋼架；結構設計；運用

輕型門式鋼架房屋結構在我國建筑行業(yè)有著十分廣泛的運用，它的性能好，造價低，工程周期短、結構獨特的優(yōu)點備受建筑行業(yè)的親睞，但是需要完善和研究的問題依然很多，如何科學合理地設計能夠使門式鋼架就夠的經(jīng)濟安全的特點完美體現(xiàn)出來是我們面對的課題。

一、門式鋼架結構的特點

門式鋼架機構不僅具有一般鋼架結構中的鋼材強度高、整體重量輕、高強度的韌性、極強的可塑造性和運用周期端的特點，還自己本身具有用料省、方便制造、造型美觀、空間充分利用、快速安裝，對環(huán)境污染小和綜合性能優(yōu)異的特點。自從《門式鋼架輕型房屋結構技術規(guī)程》CEC102：98的頒布更是促進它的飛躍發(fā)展。

二、門式鋼架結構的設計

按照結構類型可以分為單跨鋼架和雙（多）跨連續(xù)鋼架等，其截面可以分為等截面和變截面，它們的柱腳可以為鉸接和剛接；按照鋼架梁、主截面可以分為梁柱采用H型的實腹鋼架和采用小姐們鋼管角鋼等復合結構的格構式鋼架。前者具有剛性強，但其用材料比較多，不太利于節(jié)省成本；后者是制作比較復雜，但其用材料比較少，多用于較大跨多度的復合型鋼架。

1、門式鋼架結構的鏈接方式

鏈接采用鉸接還是剛接根據(jù)綜合條件實地確定?！堕T式鋼架輕型房屋結構技術規(guī)程》（CECS 102:2002）地4.1.4條：門式鋼架的柱腳形成多按鉸接支撐設計，通常為平板支座，設一對或兩對地腳螺栓。當用于工業(yè)廠房且有5T以上橋式吊車時，宜將柱腳設計成剛接。筆者認為，柱腳采用鉸接或者剛接不僅與吊車有關，還與房屋所處的位置有關，如果房屋位置較高，采用柱腳鉸接，柱頂移動距離加大，必然要加大柱截面，反而增加鋼材的用量，同時還不得不考慮地基等其他因素的影響。如果采用剛接，由于柱腳要承受更大偏心彎力，則需要采用更大的柱腳，在加上房屋地基的差別需要更多鋼材。柱腳選用哪種鏈接方式不僅要考慮房屋的高度，吊車噸位大小還有與房屋地基有關，一切根據(jù)實際情況確定采用哪種鏈接方式。

2、門式結構方案的選擇

鋼架的間距與跨度、房屋的負荷載和檀條形式相聯(lián)系。如果鋼架的跨度較小而采用較大鋼架間距肯定會加大檀條的用鋼量，這種做法不劃算。經(jīng)過研究表明：隨著柱腳柱距的加大，鋼架的用鋼量會逐漸縮小，當柱距達到某一數(shù)值之后，鋼架的用鋼量隨著柱距加大下降幅度減弱，檀條和其它設施的用鋼量增加，從總體上來說，柱距的增大，用鋼量先是下降再是上升，也就是說，用鋼量的大小存在最佳柱距。門式鋼架承重結構組成部分：鋼架和基礎。大致由鋼架、檀條以及鋼板間的牢固鏈接和相互支撐相互依托，其受力方式和傳統(tǒng)的鋼架結構體系不同，因而其基礎形式使用鋼筋混凝土的基礎，建筑物對側向位移和變形不同要求，從節(jié)約用鋼量的角度考慮，可以采用變截面梁柱，基礎采用鉸接的方案，在設計的時候，根據(jù)實際情況，制定最有鋼架承重方案。

3、檀條與主門式結構的選擇

檀條現(xiàn)今多采用C型或者Z型薄壁型鋼材，截面大小與受力相關。由于C型截面在強弱軸的力學性能壁Z型截面差，又與鋼架的鏈接多采用鉸接，從力學分析和物理學角度采用Z型截面比較合理，所以除非有優(yōu)先考慮的條件外，首先采用Z型截面，檀條和房屋的間距不超過1.5米，經(jīng)過分析，壓型鋼板、復合板依托內(nèi)附檀條組成圍護結構。

4、支撐系統(tǒng)機構方案

剛性系桿構件由型鋼和鋼管，通過與鋼架螺栓鉸接，它的截面受力滿足壓力的穩(wěn)定性，可以通過受力計算得出，因此只需要考慮干架轉角和屋脊梁鏈接出，它的間距由它的構件平面穩(wěn)定性決定。它的水平支撐分為拉桿支撐和壓桿支撐，拉力主要平衡較小的水平力以及水平方向的唯一和變形的要求，壓桿主要平衡垂直方向力和位移等作用，水平支撐的最佳位置設在中部，必須將屋梁和柱間的水平支撐設置在同一開間，其支撐間距滿足規(guī)程規(guī)定，在需要考慮空間協(xié)同作用的加設水平支撐。水平支撐系統(tǒng)截面大小與縱向水平力大小有關，需要通過受力計計算。

5、基礎設計

由于門式框架結構重量輕，基礎縱向負荷小，水平荷載成為基礎大小的控制因素，由于基礎結構具有偏心過大且不均勻性，基礎可能發(fā)生偏移，影響結構的正常使用。我們可以加大基礎的壓重、基礎深埋、偏心基礎和使用樁基等方法，實際設計中需要經(jīng)過充分地分析來選擇那一種方法。

6、抗剪建的設置

在負載較大或者需要防烈程度較高結構體系中，其基地的水平剪力往往較大，這也就需要在柱底加上抗剪鍵，來減弱柱底板和混凝土之間產(chǎn)生摩擦力的影響，在規(guī)程（CECS102:2002）第7.2.20條：水平剪力可由柱底板與混凝土間的摩擦力困惑設置抗剪鍵承受?？辜翩I是截面剛度較大的工字鋼垂直焊接在柱底板的底面，操作比較復雜，只有在柱底板下的空隙密實的條件下發(fā)揮作用，不僅與本身的截面和焊接高度長度有關，還與是否密實有關?？辜翩I以平行柱底板最佳且不與基礎面接觸，保留一定的空間，確?？辜翩I發(fā)揮作用。

三、應用實例

長期以來，選煤廠的主廠房多采用結構形式的澆鋼筋混凝土的傳統(tǒng)框架結構，其體現(xiàn)出了平面布局上的不靈活，工期比較長，投入資金比較大，綜合收益低等弊端，根據(jù)這一情況，由平頂山選煤設計研究院運用門式框架技術為伯方選煤廠設計了新的選煤主體建筑---主廠房使用外部門式框架，內(nèi)部塊式框架結構，保溫的雙層壓型墻面，具有極好的采光通風作用

1、主體建筑所需要滿足的條件：1）屋面及墻面靜荷載為每平方米0.3KN；2）屋面活動荷載為每平方米0.3KN；3)基本風壓為每平方米0.5KN；4）雪壓荷載為每平方米0.25KN；5）吊車荷載，1臺中級工作制橋式起重機為20/5t，跨度為16.5m；6）地震荷載。

2、結構內(nèi)力

根據(jù)《門式鋼架輕型房屋結構技術規(guī)程》CEC102：98變截面門式鋼架的作用計算必須對內(nèi)力計算和側移進行計算：

1）、內(nèi)力計算，根據(jù)彈性方法確定各種荷載所要滿足的條件下的歌中內(nèi)力。

2) 、側移計算：按照柱腳鋼架側移計算公式得出水平方向等效的柱頂力作用下和水平吊車荷載等效柱頂力作用下的側移值。

通過對鋼架結構布局的計算得出，當選煤廠的主廠房門式框架高度大于《門式鋼架輕型房屋結構技術規(guī)程》所規(guī)定是適宜高度時，地面有橋式吊車柱頂位移h/150時，那么柱頂最大位移達到180mm，這必然影響到吊車的正常使用，柱頂位移取1/500又與門式框架結構的特點相勃，造成斷面過大，沒有使用這個結構的必要。選擇合適的位移值相當重要的。

3、結構設計

由于選煤廠的主廠房高度的特殊性和水平荷載大的特點，采用等截面的“工”字型柱和變截面“工”字型衡量，在橫截面尺寸、內(nèi)力和側移計算都要滿足結構的需求，屋面檀條和墻架使用膜式卷邊“C”型型鋼且通過螺栓和焊接鏈接。對于結構的設計也考慮到保溫和通風采光的條件，施工工程中的墻板屋面板與檀條的鏈接是用明裝和暗裝結合的方法達到優(yōu)勢互補。

四、鋼結構施工注意的問題

1、焊接質(zhì)量 《鋼結構設計規(guī)范》GB50017對焊縫質(zhì)量做出明確要求，我國的檢驗等級都是B級。

2、涂裝 承重鋼材表面必須除銹，且至少為Sa2.5級。

3、做好結構特殊需求的保溫隔熱防水工作。

結 語

鋼結構門式框架比傳統(tǒng)結構有著體積小、施工周期端、造價低和綜合效益高等優(yōu)點，給現(xiàn)代的建筑帶來巨大的變革，但是需要完善和解決的問題依然很多，只有對門式結構的深入研究和開發(fā)，才能設計出經(jīng)濟合理和安全可靠的建筑，也才能是它的優(yōu)點擴大化。參考文獻

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