輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點

陳延軍

摘要：隨著近年來我國彩色鋼板產(chǎn)量的增加和焊接 H型鋼的出現(xiàn)，輕鋼結(jié)構(gòu)在我國進入發(fā)展時期。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計一般采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，按分項系數(shù)設(shè)計表達式進行計算;承重構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設(shè)計。

關(guān)鍵詞：輕鋼門式;剛架結(jié)構(gòu);設(shè)計要點;注意問題

前 ?言

輕型鋼門式鋼架結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中是普遍存在的，因為這種結(jié)構(gòu)設(shè)計具有很強的優(yōu)勢，是其他一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所無法比擬的。為了更大范圍的發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)勢，確保這種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，我們就需要對該種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點進行分析，克服在輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，掌握其設(shè)計要點，使輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計得到更大的發(fā)展。

一、輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)相關(guān)概述

1.輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)形式

輕鋼門式剛架的結(jié)構(gòu)形式多樣，主要有以下幾種：單跨、雙跨、多跨剛架以及帶挑檐的剛架等。

2.輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)典型優(yōu)勢

2.1 自重輕。輕鋼框架結(jié)構(gòu)重量比很高，墻厚較薄，因此可以使房屋的跨度達到很大，鋼材可根據(jù)不同用途合理分配截面尺寸的高寬比，使用面積較其他結(jié)構(gòu)要提高很多。輕鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，自重約為后者的一半 。在工程設(shè)計中可以根據(jù)實際情況達到個性化的要求 。

2.2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，抗震性能突出。輕鋼框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好 ，鋼梁、鋼柱組成柔性框架，可充分發(fā)揮鋼材強度高、延性好 、塑性變形能力強的特點，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲 、震動的能力得以強化，而且適合建造在各種地質(zhì)條件的地基上，提高了結(jié)構(gòu)的安全可靠性 。

2.3 施工速度快。一般情況下，輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑的施工由于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化 、定型化，構(gòu)件加工制作工業(yè)化 ，另外加上現(xiàn)場安裝施工的過程中不受氣候影響 ，簡單快捷 ，時間相對鋼混結(jié)構(gòu)住宅縮短 工 時1/3～1/2，加快了資金周轉(zhuǎn)，大大提高了投資回報速度 。

二、輕鋼門式剛架設(shè)計

1.剛架的間距

剛架的架間距與剛架的跨度、屋面荷載及檁條形式等因素有關(guān)，剛架跨度較小時，選用較大的剛架間距，增加檁條的用鋼量是不經(jīng)濟的，但是，如果對間距進行稍微的變動，不僅既經(jīng)濟，同時對于也不至于對結(jié)構(gòu)的質(zhì)量產(chǎn)生太大的影響。

2.剛架橫梁的截面高度與其跨度之比

對格構(gòu)式剛架橫梁，截面高度宜采用跨度1/l5-1/25;對實腹式剛架橫梁，截面高度宜采用跨度的1/30～1/45：輕型剛架采用比值的下限。

3.柱腳的假定

按柱腳與基礎(chǔ)的連接形式，可分為剛接和鉸接兩種。經(jīng)計算比較，與基礎(chǔ)剛接的剛架比鉸接的剛架可節(jié)省鋼材l0%—15%，并且在提高結(jié)構(gòu)承載力和減小剛架側(cè)向位移方面，比鉸接剛架有利。但剛接剛架的基礎(chǔ)造價高，對地基條件的要求也比較高，如果把柱基做得符合剛接要求，對于輕型剛架并不一定經(jīng)濟，所以一般采用鉸接柱腳。

三、輕鋼門式鋼架節(jié)點的設(shè)計

1.柱腳

圖1 ?鋼架柱腳形式

剛架柱腳與基礎(chǔ)的連接形式分理論鉸接、工程鉸接和剛接3種，分別示于圖1。而圖1所示的連接形式也難以抵抗柱腳的轉(zhuǎn)動，柱腳實測應(yīng)力值比計算值小，柱頂實測應(yīng)力值偏大。鉸接柱腳是門式剛架設(shè)計中常用的假定條件，柱腳具有部分的嵌固性，不會對剛架的受力產(chǎn)生不利的影響。在屋面的恒截和風(fēng)載的作用下，理論鉸接的柱頂位移過大，上述試驗實測值為7.04cm，工程鉸接可以改善這種情況。實測值為5.26cm，剛接的情況最好為2.94cm。

因墻體材料不同和柱腳連接的形式各異，對柱頂側(cè)移的限值沒有明確規(guī)定。為防止產(chǎn)生能夠影響結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性的變位，將柱頂水平位移限制在1/150柱高以內(nèi)比較合適。

2.角隅和屋脊節(jié)點

為保證節(jié)點連接的剛性和便于布置連接螺栓，常在角隅和屋脊處加腋。加腋高度一般為橫梁截面高度為1/2，由橫梁截面斜切而成。帶加腋的門式剛架可以減少橫梁的彎矩，從而可減小其截面的尺寸，當(dāng)然也相應(yīng)加大了柱子的彎矩，因為橫梁的總長度通常大于柱子的長度，這樣節(jié)約下來的鋼材可以補償加腋所用的費用。在屋脊處的加腋不僅有利于節(jié)點構(gòu)造，而且有助于減少剛架的垂直撓度，但由于屋脊附近的彎矩變化比較平緩，故對提高剛架的承載力并不起直接作用。

3.柱頂腹板的加勁肋

柱頂腹板常設(shè)置加勁肋，以提高角隅處板域的抗剪強度，如圖3所示。同時由于圖2柱頂腹板加勁形式柱翼緣板的厚度一般小于橫梁端板的厚度，為防止柱翼緣板在受拉螺栓的作用下產(chǎn)生撓曲變形，在柱翼緣受拉螺栓附近設(shè)置加勁板（圖2a）。圖2c采用對角線受拉加勁肋與短加勁板相結(jié)合的形式，使加勁肋在結(jié)構(gòu)上更有效，并且可克服采用其他形式加勁肋可能碰到的穿螺栓的困難。

圖2 ? 柱頂腹板加勁形式

4.檐口構(gòu)件

剛架之間角隅處的檐口構(gòu)件，應(yīng)設(shè)計得比較剛強。檐口構(gòu)件包括角隅處垂直支撐、墻梁和檁條等。它對柱頂提供“定位約束”，并把縱向風(fēng)力傳遞給支撐系統(tǒng)，同時為角隅處受壓內(nèi)翼緣提供側(cè)向約束。

為角隅處設(shè)置的垂直支撐，將檐口構(gòu)件與受壓內(nèi)票緣直接而可靠地連接起來，防止側(cè)間撓曲。如果是弧形內(nèi)翼緣，支撐應(yīng)設(shè)置于弧的中點或靠近中點處。在直梁和直柱的情況下，應(yīng)設(shè)置于它們的交點，或沿角隅處柱內(nèi)翼緣垂直布置。雖然在角隅處彎矩下降比較快，在距角隅很近的距離內(nèi)受壓內(nèi)翼緣的彎曲應(yīng)力已，不太大，但還應(yīng)在附近設(shè)置側(cè)向支撐點，一般在內(nèi)翼緣的轉(zhuǎn)折處，或曲線加腋的弧形端點。在鋼架角隅處測向支撐曲線加腋的角隅中，b2/Rt的關(guān)系應(yīng)小于2，以減小曲線翼緣的法向分力向腹板集中的程度，此處b為翼緣的寬度，t為翼緣的厚度，R為益線加腋的益率半徑。通常可用加強的墻梁和檀條，利用角撐為受壓內(nèi)翼緣提供側(cè)面支撐。

四、結(jié)束語

輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計對于建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計來說具有十分重要的作用，對于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展也是具有重大意義的，因此我們應(yīng)該加強對于輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討。

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