輕鋼廠房的結構設計探討

陳延軍

摘要：輕型鋼結構是在普通鋼結構的基礎上發(fā)展起來的一種新型結構形式，它包括所有輕型屋面、支撐系統(tǒng)及鋼骨架。本文探討了輕鋼廠房的結構設計。

關鍵詞：輕鋼;廠房;結構設計;特點;措施

前 ?言

輕鋼結構形式較簡單，設計計算并不復雜，在設計中主要解決的是怎樣既節(jié)省材料又便于安裝，同時要保證安全、實用、美觀，在設計中把兩者有機的結臺起來，盡力遵守經濟、美觀、安全、便于施工及實用的原則。

一、輕鋼廠房的特點

1.輕型門式剛架廠房具有大跨度、大空間、分隔使用靈活， 施工速度快， 施工周期短的特點。對投資方來說投資回報快， 綜合經濟效益較高。

2.輕型鋼結構有較好的經濟指標，不僅自重輕、鋼材用量省、施工速度快，而且它本身具有較強的抗震能力，并能提高整個房屋的綜合抗震性能。輕鋼結構形式較簡單，設計計算并不復雜，在設計中主要解決的是怎樣既節(jié)省材料又便于安裝，同時要保證安全、實用、美觀。

3.空間設置靈活。門式剛架采用金屬壓型板封閉，因而柱網布置不受模數制約，柱距大小可以根據使用要求來確定。

二、輕鋼廠房的結構設計措施

1.明確判定結構類別

在鋼結構廠房設計中常用的規(guī)范有《鋼結構設計規(guī)范》 ，《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》 ， 《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》 ， 《建筑結構抗震設計規(guī)范》 和《建筑結構荷載規(guī)范》 。這些規(guī)范對普通鋼結構和輕鋼結構有著明確的界定和完全不同的規(guī)定。對于不同的結構體系采用不同的理論分析方法，規(guī)范條文和限值差異很大。因此設計時應先確定結構的類別再選用規(guī)范或規(guī)程中相應的規(guī)定進行設計， 避免錯用或混用。

2.結構設計

2.1 支撐體系。支撐體系的主要作用是： 將各個平面剛架聯(lián)結組成具有空間剛度和穩(wěn)定的整體結構; 為結構和構件的平面外整體穩(wěn)定提供側向支撐點; 明確、合理、簡捷地傳遞風力、溫度應力、地震力以及吊車縱向水平力等縱向荷載。屋面支撐的布置應與山墻抗風柱的位置相協(xié)調， 使抗風柱的柱頂反力直接傳到屋面橫向支撐的節(jié)點上。屋面橫向水平支撐的直腹桿（ 包括屋脊處和柱頂處） 應按剛性系桿考慮， 采用檁條兼做時， 應對檁條的剛度和承載力進行驗算。當檁條無法起到剛性直腹桿的作用時， 通常應在屋脊處、柱頂處以及屋面設置橫向水平支撐直腹桿， 在剛架斜梁間設置鋼管、H 形鋼或其他截面形式的剛性桿件， 以保證房屋縱向結構安全可靠地工作。帶吊車的工程由于廠房較高、剛架構件截面剛度較大， 次構件剛度不足以約束主構件， 對于所有的柱間支撐均采用了較強的角鋼支撐。

2.2 隅撐的設置。隅撐是用來保證斜梁下翼緣或剛架柱內側翼緣受壓穩(wěn)定的重要措施。隅撐按以下原則來布置： 在每跨靠近梁端的負彎矩范圍內連續(xù)兩根檁條下設置隅撐， 其他地方每間隔一根檁條設置隅撐。隅撐成對布置， 與梁和檁條均采用單個螺栓連接。梁的平面外計算長度可取隅撐間距。帶吊車廠房為確保吊車梁對柱子的支撐效果， 在邊柱的吊車梁上翼緣設置了隅撐。由此來形成對柱子的側向支撐， 同時大大減小了邊柱在縱向剎車力作用下的扭轉效應。當山墻抗風柱與剛架斜梁下翼緣連接時， 連接處的斜梁下翼緣亦設置隅撐。

2.3 拉條的設置。對于有檁體系的壓型鋼板輕型屋面， 為了減少檁條在使用階段和施工過程中的側向變形和扭轉， 通常在檁條間設置拉條（ 包括斜拉條和撐桿， 以下同） 作為檁條的側向支點， 以保證檁條的側向穩(wěn)定。當檁條跨度大于4 m 時， 應在檁條跨中設置一道拉條;當檁條跨度大于6 m 時， 應在檁條跨度三分點處各設一道拉條。拉條按拉桿設計， 當采用圓鋼時直徑不宜小于10 mm。撐桿按壓桿設計， 多采用鋼管或角鋼制作。圓鋼拉條通常設置在距檁條上翼緣1/ 3 腹板高度范圍內。當風吸力作用下檁條下翼緣受壓時，屋面板宜采用自攻螺釘直接與檁條連接， 拉條則宜設在檁條下翼緣附近; 當屋面采用扣合式或咬合式鋼板時， 宜分別在距檁條上下翼緣1/ 3 腹板高度范圍內同時設置拉條。

2.4 梁柱截面及節(jié)點的設計。輕鋼結構的經濟性在于它的變截面， 變截面設計也取決于工廠的加工能力。設計人員在設計時要充分利用變截面特點合理設計截面， 影響H 形截面抗彎能力的因素有截面高度、翼緣寬度和翼緣厚度。增加截面高度是提高截面抗彎能力最有效的方法，由于輕鋼結構腹板都很薄， 用鋼量增加不多， 但抗彎能力增加很多。經濟的設計不但要變截面高度， 更重要的是要變翼緣的寬度、厚度及腹板的厚度。

主結構制作單元的選擇也是非常重要的， 要根據彎矩圖來選擇連接節(jié)點， 在受力較小的部位拼接， 為便于運輸， 制作單元不宜出現超長構件， 一般選6 m ～ 11 m 為宜。解決節(jié)點抗彎問題， 螺栓布置要盡量靠外側， 以提供較大抵抗力矩。梁柱接頭設計， 端板橫放是受力比較好、易于加工的一種，充分利用墻梁空間加大力臂， 提高抗彎能力， 安裝時， 柱提供臨時支座， 以便于對正螺孔和安裝螺栓; 端板斜放是受力最好的一種， 對角線提供了最大力臂， 但加工精度要求高; 端板豎放除柱翼板要拼接外， 螺栓處在彎矩剪力最大的地方， 受彎矩和剪力共同作用， 安裝也不便。最后還要指出一點， 對柱腳應進行抗剪驗算（ 特別是有柱間支撐的柱腳） ， 當抗剪不足時， 應設置抗剪鍵。

2.5 帶隅撐檁條的設計。對于帶隅撐冷彎薄壁檁條的設計，很多工程中，檁條的承載力沒有考慮隅撐受力的疊加，隅撐與檁條的連接也不滿足規(guī)范要求。對于翼緣寬度和厚度都比較大的柱、梁截面，當采用隅撐來保證其側向穩(wěn)定時，一般薄壁型鋼檁條的厚度已經不能保證連接的強度，其抗彎性能也不能滿足隅撐軸力的要求，這是就要加強相關檁條的壁厚和抗彎能力。比如900mm×8mm×220mm×12mm 的工字型截面，Q345 鋼，雙側布置時單側需要的隅撐軸力為11.7KN，采用M12 的單個普通螺栓，C160 的6m 跨檁條（Q345 鋼），連接計算需要的檁條厚度為2.6mm（但有些工程中用到了1.5mm 厚），隅撐對較不利一側檁條的跨中彎矩貢獻為4.14kN·m，約等于恒荷載+ 活荷載+ 施工荷載總彎矩的70%。

2.6 縱橫向溫度伸縮縫的處理。對于縱向溫度伸縮縫通常可采用設置雙列柱的方法處理， 也可采用一種單柱的處理方法。首先在廠房中部選取一榀適當的剛架， 通過這榀剛架將廠房分為兩部分， 然后將任一部分上的所有縱向構件與該榀剛架的連接節(jié)點都做成可滑動的節(jié)點， 同時將剛架上的屋面板、墻面板也處理成可以伸縮的構造， 整個廠房結構在工作時可通過這些節(jié)點構造的滑動伸縮來釋放溫度應力。與該榀剛架相連的縱向構件主要有檁條、墻梁、吊車梁等構件， 這些構件與剛架的連接節(jié)點采用開長圓孔的做法。由于屋面、墻面圍護板均為彩色壓型鋼板， 其自身的變形能力強， 吊車梁系統(tǒng)已考慮縱向伸縮， 采用在構件上開長圓孔的做法可以滿足節(jié)點有足夠的滑動能力。

三、結束語

總之，設計中我們注意研究了項目投資和收益的關系， 注意研究了不同結構體系方案和設計中出現的各類技術問題， 從而提高了設計質量和自身的技術水平， 也使所涉及項目的建設取得了成功。

參考文獻：

[1]程遠河. ?對輕鋼廠房設計的探討[J]. 新疆有色金屬. 2009（04）.

[2]劉京，浦海芹. ?對輕鋼廠房設計幾個常見問題的分析[J]. 遼寧建材. 2006（02）.

[3]江鮮華. ?單層門式剛架輕型房屋鋼結構的設計要點[J]. 寧波化工. 2008（01）.