門式剛架方面分析與運(yùn)用

魯承民 涂波濤

（江蘇中建工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇連云港 222006）

門式剛架方面分析與運(yùn)用

魯承民 涂波濤

（江蘇中建工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇連云港 222006）

輕型門式剛架房屋結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑行業(yè)有著十分廣泛的運(yùn)用，它的性能好，造價(jià)低，工程周期短、結(jié)構(gòu)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)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(xué)合理地設(shè)計(jì)能夠使門式剛架的經(jīng)濟(jì)安全的特點(diǎn)完美體現(xiàn)出來是我們面對(duì)的課題。文章結(jié)合工程實(shí)例就相關(guān)問題進(jìn)行論述。

門式剛架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)用

一、門式剛架方面應(yīng)用實(shí)例分析

選煤廠的主廠房多采用結(jié)構(gòu)形式的澆鋼筋混凝土的傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，其體現(xiàn)出了平面布局上的不靈活，工期比較長(zhǎng)，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(shè)計(jì)研究院運(yùn)用門式框架技術(shù)為伯方選煤廠設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，保溫的雙層壓型墻面，具有極好的采光通風(fēng)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(dòng)荷載為每平方米0.3KN；3)基本風(fēng)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(tái)中級(jí)工作制橋式起重機(jī)為20/5t，跨度為16.5m；6）地震荷載。

2、結(jié)構(gòu)內(nèi)力

根據(jù)《門式鋼架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CEC102：98變截面門式鋼架的作用計(jì)算必須對(duì)內(nèi)力計(jì)算和側(cè)移進(jìn)行計(jì)算：

1）、內(nèi)力計(jì)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(cè)移計(jì)算：按照柱腳鋼架側(cè)移計(jì)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(cè)移值。

通過對(duì)鋼架結(jié)構(gòu)布局的計(jì)算得出，當(dāng)選煤廠的主廠房門式框架高度大于《門式鋼架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》所規(guī)定是適宜高度時(shí)，地面有橋式吊車柱頂位移h/150時(shí)，那么柱頂最大位移達(dá)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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)相勃，造成斷面過大，沒有使用這個(gè)結(jié)構(gòu)的必要。選擇合適的位移值相當(dāng)重要的。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于選煤廠的主廠房高度的特殊性和水平荷載大的特點(diǎn)，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(cè)移計(jì)算都要滿足結(jié)構(gòu)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(duì)于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也考慮到保溫和通風(fēng)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(jié)合的方法達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

二、門式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

門式剛架機(jī)構(gòu)不僅具有一般鋼架結(jié)構(gòu)中的鋼材強(qiáng)度高、整體重量輕、高強(qiáng)度的韌性、極強(qiáng)的可塑造性和運(yùn)用周期端的特點(diǎn)，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(duì)環(huán)境污染小和綜合性能優(yōu)異的特點(diǎn)。自從《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CEC102：2002的頒布更是促進(jìn)它的飛躍發(fā)展。

三、門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

按照結(jié)構(gòu)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(shí)腹鋼架和采用小姐們鋼管角鋼等復(fù)合結(jié)構(gòu)的格構(gòu)式鋼架。前者具有剛性強(qiáng)，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(fù)雜，但其用材料比較少，多用于較大跨多度的復(fù)合型鋼架。

1、門式剛架結(jié)構(gòu)的鏈接方式

鏈接采用鉸接還是剛接根據(jù)綜合條件實(shí)地確定?！堕T式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)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(shè)計(jì)，通常為平板支座，設(shè)一對(duì)或兩對(duì)地腳螺栓。當(dāng)用于工業(yè)廠房且有5T以上橋式吊車時(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接。筆者認(rèn)為，柱腳采用鉸接或者剛接不僅與吊車有關(guān)，還與房屋所處的位置有關(guān)，如果房屋位置較高，采用柱腳鉸接，柱頂移動(dòng)距離加大，必然要加大柱截面，反而增加鋼材的用量，同時(shí)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(guān)，一切根據(jù)實(shí)際情況確定采用哪種鏈接方式。

2、門式剛架結(jié)構(gòu)方案的選擇

鋼架的間距與跨度、房屋的負(fù)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(huì)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(huì)逐漸縮小，當(dāng)柱距達(dá)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(shè)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(jié)構(gòu)組成部分：鋼架和基礎(chǔ)。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(jié)構(gòu)體系不同，因而其基礎(chǔ)形式使用鋼筋混凝土的基礎(chǔ)，建筑物對(duì)側(cè)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(chǔ)采用鉸接的方案，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，根據(jù)實(shí)際情況，制定最有鋼架承重方案。

3、檀條與主門式結(jié)構(gòu)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(guān)。由于C型截面在強(qiáng)弱軸的力學(xué)性能壁Z型截面差，又與鋼架的鏈接多采用鉸接，從力學(xué)分析和物理學(xué)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(fù)合板依托內(nèi)附檀條組成圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

4、支撐系統(tǒng)機(jī)構(gòu)方案

剛性系桿構(gòu)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(jì)算得出，因此只需要考慮干架轉(zhuǎn)角和屋脊梁鏈接出，它的間距由它的構(gòu)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(shè)在中部，必須將屋梁和柱間的水平支撐設(shè)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(shè)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(guān)，需要通過受力計(jì)計(jì)算。

5、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于門式剛架結(jié)構(gòu)重量輕，基礎(chǔ)縱向負(fù)荷小，水平荷載成為基礎(chǔ)大小的控制因素，由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有偏心過大且不均勻性，基礎(chǔ)可能發(fā)生偏移，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。我們可以加大基礎(chǔ)的壓重、基礎(chǔ)深埋、偏心基礎(chǔ)和使用樁基等方法，實(shí)際設(shè)計(jì)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(shè)置

在負(fù)載較大或者需要防烈程度較高結(jié)構(gòu)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《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)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(shè)置抗剪鍵承受。抗剪鍵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(fù)雜，只有在柱底板下的空隙密實(shí)的條件下發(fā)揮作用，不僅與本身的截面和焊接高度長(zhǎng)度有關(guān)，還與是否密實(shí)有關(guān)。抗剪鍵以平行柱底板最佳且不與基礎(chǔ)面接觸，保留一定的空間，確保抗剪鍵發(fā)揮作用。

四、鋼結(jié)構(gòu)施工注意的問題

1、焊接質(zhì)量 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017對(duì)焊縫質(zhì)量做出明確要求，我國(guó)的檢驗(yàn)等級(jí)都是B級(jí)。

2、涂裝 承重鋼材表面必須除銹，且至少為Sa2.5級(jí)。

3、做好結(jié)構(gòu)特殊需求的保溫隔熱防水工作。

五、結(jié) 語

鋼結(jié)構(gòu)門式剛架比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有著體積小、施工周期短、造價(jià)低和綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)門式剛架結(jié)構(gòu)的深入研究和開發(fā)，才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠的建筑，也才能是它的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)大化。

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1007-6344（2015）10-0051-01