門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

摘 要：本文從門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，對(duì)橫梁、柱平面外計(jì)算長(zhǎng)度取值、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要素以及屋面檁條連接布置設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容進(jìn)行闡述，同時(shí)總結(jié)了門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)，希望以供借鑒。

關(guān)鍵詞：門(mén)式鋼架，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)，長(zhǎng)細(xì)比

門(mén)式鋼架運(yùn)用在單層工業(yè)與民用房屋鋼結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用。門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)形式多樣，是梁、柱單元構(gòu)件的組合體。根據(jù)實(shí)際需要，其形式可設(shè)計(jì)為單跨單坡、單跨雙坡、多跨單坡、多跨多坡等。在門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先確定結(jié)構(gòu)形式、在滿足建筑尺寸的同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面布置，其次要進(jìn)行內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算、確定構(gòu)件截面尺寸，最后還需進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。下面從鋼架計(jì)算長(zhǎng)度確定、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、屋面檁條設(shè)計(jì)三方面做一探析。

一、門(mén)式鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用

門(mén)式鋼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)有產(chǎn)品新穎、時(shí)代感強(qiáng)、規(guī)模大、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，工期短是其突出的特點(diǎn)之一，體現(xiàn)在5000平方米到10000平方米的房屋從簽訂合同到建成一般只需要3個(gè)月左右時(shí)間，結(jié)構(gòu)新穎體現(xiàn)在一些家居裝飾如吊頂?shù)鹊难b修造價(jià)可以減少，此外可以擴(kuò)大空間，滿足大跨度的要求重量輕是門(mén)式鋼結(jié)構(gòu)的又一顯著特點(diǎn)，表現(xiàn)在可降低地基的基礎(chǔ)造價(jià)，減少地震作用對(duì)房屋的影響。造價(jià)合理，綜合經(jīng)濟(jì)效益好，拆遷容易。環(huán)保優(yōu)勢(shì)，在任何氣候下都能做到全年旌工，對(duì)于周?chē)沫h(huán)境污染也較小，不僅具有良好的性價(jià)比還有著框架結(jié)構(gòu)無(wú)法比擬的優(yōu)越性。環(huán)境適應(yīng)條件好，對(duì)海拔氣候條件的要求不高。

門(mén)式鋼結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)用：門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)重量輕、跨度大、易于組合，是建成單層工業(yè)廠房的優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式。門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)外形美、內(nèi)存大、施工周期短的特點(diǎn)可廣泛應(yīng)用于單層倉(cāng)儲(chǔ)建筑。門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)跨度大，視野開(kāi)闊可用于超市，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等商業(yè)建筑。門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)外形美的特點(diǎn)應(yīng)用于文娛設(shè)施體育館的也較多。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，舊建筑的翻修與加層業(yè)務(wù)將不斷增加，在原有建筑物上加層也離不開(kāi)門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)。

二、鋼架計(jì)算長(zhǎng)度

鋼架由橫梁、柱單元構(gòu)件組成，橫梁、柱的計(jì)算長(zhǎng)度分為平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度和平面外計(jì)算長(zhǎng)度。鋼結(jié)構(gòu)桿件截面形心有兩個(gè)軸，即x軸，y軸，繞這兩個(gè)軸就有兩個(gè)回轉(zhuǎn)半徑。在主平面（強(qiáng)軸，通常為x軸）方向的叫平面內(nèi)，另一個(gè)方向（弱軸，通常為y軸）就叫平面外。柱平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度按門(mén)鋼規(guī)范側(cè)移剛度方法確定。由于橫梁沒(méi)有平面內(nèi)穩(wěn)定之說(shuō)，橫梁的平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度一般情況下也就無(wú)意義，一般取橫梁的跨度為其平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度。橫梁、柱平面外計(jì)算長(zhǎng)度情況不同、取值不同。

（一）橫梁的平面外計(jì)算長(zhǎng)度Ly，分上翼緣和下翼緣兩種情況。

1.上翼緣計(jì)算長(zhǎng)度Ly，兩種取法，分述如下：

取上翼緣橫向支撐間距：通常取檁條間距倍數(shù)，例如檁條間距1.4m，支撐間距可取其倍數(shù)2.8m，4.2m，5.6m。梁的平面外穩(wěn)定取決于梁的整體穩(wěn)定系數(shù)，橫梁整體穩(wěn)定系數(shù)Φb與λy（λy為梁在側(cè)向支承點(diǎn)間對(duì)截面軸y—y的長(zhǎng)細(xì)比）大小有關(guān)。因此支撐的間距直接影響橫梁截面及橫梁整體穩(wěn)定性。

取Ly=3m。

很多輕型門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)取兩個(gè)檁條間距，當(dāng)檁條間距為1.5m時(shí)，兩個(gè)間距就是3m。如果以上兩個(gè)檁距，三根檁條，均不在橫向支撐節(jié)點(diǎn)時(shí)，所有檁條均隨梁的上翼緣側(cè)彎，不能起到支撐穩(wěn)定作用，只有位于支撐節(jié)點(diǎn)處的檁條才能起到側(cè)向支撐作用。依據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，取Ly=3m，能設(shè)計(jì)合理的橫梁截面。

2.下翼緣計(jì)算長(zhǎng)度Ly，兩種取法，分述如下：

設(shè)置隅撐。

隅撐通過(guò)檁條連接與有彈性側(cè)移的下翼緣，可以作為下翼緣受壓時(shí)的側(cè)向支點(diǎn)。通常取與上翼緣橫向支撐節(jié)點(diǎn)處檁條相連的隅撐間距，即橫向支撐的間距。

不設(shè)置隅撐，取Ly=0.4L。

取Ly=0.4L的前提與彎矩圖有關(guān)。正常情況下，梁端為負(fù)彎矩，跨中為正彎矩，考慮柱面風(fēng)荷載使梁反彎點(diǎn)內(nèi)移，偏安全取值Ly=0.4L。

（二）柱的平面外計(jì)算長(zhǎng)度Ly，分有橋式吊車(chē)和無(wú)橋式吊車(chē)兩種情況。

1.有橋式吊車(chē)。

上柱：取上柱支撐與柱連接點(diǎn)的距離，即上柱長(zhǎng)度。

下柱：取下柱支撐與柱連接點(diǎn)的距離，即下柱長(zhǎng)度。

2.無(wú)橋式吊車(chē)。

取柱支撐與柱連接點(diǎn)的距離，即全柱長(zhǎng)度。

取Ly=3m，與梁相同。取Ly=3m，可設(shè)計(jì)出合理截面，但設(shè)計(jì)時(shí)必須保證墻板要有足夠剛度及墻板與墻梁有可靠連接。

三、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

鋼架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)包括：橫梁與柱的連接、橫梁連接、梁柱節(jié)點(diǎn)域、鋼架柱腳等。

橫梁與柱的連接，可采用端板豎放、端板平放、端板斜放三種形式，在工程實(shí)踐中，端板豎放較為常用。橫梁與柱的連接，采用高強(qiáng)度螺栓，可采用承壓型或摩擦型連接。當(dāng)端板只受軸向力和彎矩，或剪力小于其實(shí)際抗滑移承載力時(shí)，要采用高強(qiáng)度承壓型螺栓連接。吊車(chē)梁與制動(dòng)梁的連接采用高強(qiáng)度摩擦型螺栓連接。在門(mén)式鋼架中，受壓翼緣的螺栓不能少于兩排，當(dāng)受拉翼緣兩側(cè)各設(shè)一排螺栓不能滿足承載力要求時(shí)，可在翼緣內(nèi)側(cè)增設(shè)螺栓。

鋼架柱腳有鉸接和剛接兩種形式，當(dāng)用于工業(yè)廠房且5t以上橋式吊車(chē)時(shí)，將柱腳設(shè)計(jì)為剛接，其余可設(shè)計(jì)為鉸接。柱腳錨栓不能用以承受柱腳底部的水平力，該水平力由底板與混凝土之間的摩擦力或設(shè)置抗剪鍵來(lái)承受。由于底板與混凝土之間的摩擦力難以度量，設(shè)計(jì)時(shí)一般設(shè)置抗剪鍵。當(dāng)埋置深度受到限制時(shí)，錨栓必須牢固的固定在錨板上，為安全起見(jiàn)，工程實(shí)踐中通常將鋼柱直接插入混凝土內(nèi)用二次澆灌的形式固定柱腳。這種柱腳施工簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，是目前常用的一種形式。

四、屋面檁條連接布置及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

檁條形式有實(shí)腹式、空腹式、格構(gòu)式三種，跨度大于9m時(shí)宜采用格構(gòu)式。檁條一般設(shè)計(jì)為單跨簡(jiǎn)支構(gòu)件，實(shí)腹式檁條也可設(shè)計(jì)為連續(xù)構(gòu)件。當(dāng)檁條跨度大于4m時(shí)，在跨中位置設(shè)置拉條或撐桿，當(dāng)跨度大于6m時(shí)，在跨度三分點(diǎn)處各設(shè)一道拉條或撐桿。

檁條屬壓彎構(gòu)件，設(shè)計(jì)檁條時(shí)要進(jìn)行內(nèi)力分析、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及剛度計(jì)算。當(dāng)屋面能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)時(shí)，可不計(jì)算檁條的穩(wěn)定性，僅計(jì)算強(qiáng)度，當(dāng)屋面不能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)時(shí)，要進(jìn)行穩(wěn)定性的計(jì)算。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在設(shè)計(jì)門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)布置至關(guān)重要。只有合理的結(jié)構(gòu)布置，才能合理的確定構(gòu)件計(jì)算參數(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)截面，從源頭上節(jié)約建設(shè)成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

作者簡(jiǎn)介：康蓉，南京升遠(yuǎn)冶金工程技術(shù)有限公司。