輕鋼門式剛架廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計

趙貴陽

摘 要：文中介紹了門式剛架廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合具體工程對門式剛架進(jìn)行了分析并對用鋼量進(jìn)行了分析比較。

關(guān)鍵詞：門式剛架；輕鋼結(jié)構(gòu)；用鋼量

輕型門式剛架房屋結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代初期。近三十多年來得到迅速的發(fā)展，目前國內(nèi)每年有上千萬平方米的輕鋼建筑工程，由于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：質(zhì)量輕，工業(yè)化程度高，施工周期短，綜合經(jīng)濟(jì)效益高，柱網(wǎng)布置比較靈活等特點所以被廣泛應(yīng)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。

在目前的工程中，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。

現(xiàn)對輕鋼門式剛架設(shè)計進(jìn)行簡要介紹：

1 結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置

門式剛架的結(jié)構(gòu)形式按跨度可分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數(shù)可分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/8～1/20。門式剛架的柱腳多按鉸接設(shè)計，當(dāng)用于工業(yè)廠房且有橋式吊車時，宜將柱腳設(shè)計成剛接。門式剛架上可設(shè)置起重量不大于3t的懸掛吊車和起重量不大于20t的輕、中級工作制的單梁或雙梁橋式吊車。

2 剛架設(shè)計

2.1 荷 載

（1）永久荷載：包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重和懸掛在結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力荷載，如屋面、檁條、支撐、吊頂、墻面構(gòu)件和剛架自重等。

（2）可變荷載：包括屋面活荷載、屋面雪荷載和積灰荷載、吊車荷載、地震作用、風(fēng)荷載等。

2.2 荷載組合

荷載組合一般應(yīng)遵從《建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計規(guī)范》GB50009-2012的規(guī)定，針對門式剛架的特點，《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002給出了組合原則。

2.3 內(nèi)力計算

對于變截面門式剛架，應(yīng)采用彈性分析方法確定各種內(nèi)力，只有當(dāng)剛架的梁柱全部為等截面時才允許采用塑性分析方法。

2.4 側(cè)移計算

變截面門式剛架的柱頂側(cè)移應(yīng)采用彈性分析方法確定，計算時荷載取標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮荷載分項系數(shù)。

2.5 剛架柱和梁的設(shè)計

（1）梁柱板件的寬厚比限值和腹板屈曲后的強度利用。剛架梁柱構(gòu)件的強度驗算。

（2）變截面柱在剛架平面內(nèi)的計算長度確定，整體穩(wěn)定計算。

（3）變截面柱在剛架平面外的整體穩(wěn)定計算。

（4）節(jié)點設(shè)計。

3 檁條設(shè)計

檁條屬于雙向受彎構(gòu)件，在進(jìn)行內(nèi)力分析時應(yīng)沿截面兩個形心主軸方向計算彎矩。進(jìn)行強度計算、整體穩(wěn)定計算、變形計算。

4 墻梁、支撐設(shè)計

（1）墻梁在其自重、墻體材料和水平風(fēng)荷載作用下，也是雙向受彎構(gòu)件。

（2）門式剛架結(jié)構(gòu)中的交叉支撐和柔性系桿可按拉桿設(shè)計，非交叉支撐中的受壓桿件及剛性系桿按壓桿設(shè)計。

5 結(jié)合具體工程對門式剛架進(jìn)行分析

5.1 工程概況

某廠主廠房為六連跨門式剛架結(jié)構(gòu)，廠房長度147m，跨度為1×27+5×24m，建筑面積1.96萬m2。吊車軌頂標(biāo)高為6.900m，檐口最高處14.160。柱腳采用剛接，主剛架采用焊接H型鋼，Q345B級。屋面坡度采用1/20。地震設(shè)防烈度7度，地震加速度0.1g，屋面及墻面采用C型檁條，計算軟件采用鋼結(jié)構(gòu)STS軟件。

5.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程跨度為1×27m+5×24m，柱距6m，中級工作制吊車（吊車參數(shù)見表1），共有22榀固接的門式剛架，為保證吊車正常運轉(zhuǎn)，廠房穩(wěn)定，滿足位移變形要求加設(shè)吊車梁隅撐，全長132m，不設(shè)伸縮縫，墻體采用壓型鋼板?？缍?7m吊車起重量20/5t，最大輪壓230kN，最小輪壓80kN，吊車起重量，1t，最大輪壓149kN，最小輪壓41kN；跨度24m吊車起重量10t，最大輪壓136kN，最小輪壓34kN。

荷載

永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值

壓型鋼板及檁條 0.3kN/m2

可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值

屋面活荷載 0.3kN/m2

雪荷載 0.5kN/m2

風(fēng)荷載 0.55kN/m2

吊車荷載計算通過PKPM自動計算，剛架采用pkpm軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析后得出結(jié)果。

5.3 抗震措施

工程地處設(shè)防烈度7度區(qū)，房屋自重小，承載力不受地震作用效應(yīng)組合控制，可不進(jìn)行抗震計算。僅針對輕鋼結(jié)構(gòu)的特點采取抗震構(gòu)造措施。

構(gòu)件之間的連接均采用螺栓連接，斜梁下翼緣與剛架柱的連接均加腋，柱腳底板設(shè)抗剪鍵，增設(shè)吊車制動支撐。

5.4 用鋼量統(tǒng)計

單層輕型門式剛架房屋承重結(jié)構(gòu)的用鋼量一般為10～30kg/m2，當(dāng)檐高6m、柱距為7.5m，荷載情況完全一致下，跨度在18～30m之間的剛架單位用鋼量（Q235B）為18～28kg/m2，當(dāng)跨度在21～48m之間的剛架單位用鋼量為25～40kg/m2，當(dāng)檐高為12m、跨度超過48m時宜采用多跨剛架（中間設(shè)置搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節(jié)約18%左右，因此設(shè)計門式剛架時應(yīng)根據(jù)具體要求選擇較為經(jīng)濟(jì)的跨度。同時柱距的選擇也會影響用鋼量，隨著柱距的增大，剛架的用鋼量是逐漸下降的，但當(dāng)柱距增大到一定數(shù)值后，剛架用鋼量隨著柱距的增大下降的幅度較為平緩，而其他如檁條、吊車梁、墻梁的用鋼量會隨著柱距的增大而增大，就房屋的總用鋼量而言，隨著柱距的增大先下降而后又上升。因此，在一定條件下，門式剛架存在著一最優(yōu)間距，下表列出在一般情況下不同跨度所對應(yīng)的最優(yōu)間距：

綜上所述，一般情況下，門式剛架的間距應(yīng)在6～9m之間，超過9m時，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經(jīng)濟(jì)。

6 結(jié) 語

輕型門式剛架結(jié)構(gòu)具有造價低、重量輕、安裝方便、施工周期短等優(yōu)點，在工業(yè)廠房中得到較為廣泛的應(yīng)用。但是，我國輕鋼結(jié)構(gòu)畢竟起步較晚，在理論與實踐中與國外尚有很大差距，在實際工程設(shè)計中，由于門架變截面件的截面尺寸需要經(jīng)過多次試算才能確定，加之目前設(shè)計人員的設(shè)計經(jīng)驗還不夠豐富，桿件截面的選擇也不盡合理，容易造成整體結(jié)構(gòu)各桿件應(yīng)力不均，不僅經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不夠理想，而且整體結(jié)構(gòu)的安全度也不高，為了安全、經(jīng)濟(jì)地設(shè)計門式剛架，還需要設(shè)計人員進(jìn)一步研究我們的設(shè)計觀念和存在問題，確保工程的設(shè)計質(zhì)量，推動門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展。同時，在工程設(shè)計中在滿足規(guī)范要求的前提下采用何種結(jié)構(gòu)布置形式和結(jié)構(gòu)分析方法能構(gòu)降低鋼材用量，使結(jié)構(gòu)受力更合理，投資更經(jīng)濟(jì)也是我們以后需要進(jìn)一步研究的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）.

[2]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012）.

[3]門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS102：2002）.