議門(mén)式剛架輕型房屋設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題

王建軍

(第九師聯(lián)拓勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，新疆額敏　834601)

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議門(mén)式剛架輕型房屋設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題

王建軍

(第九師聯(lián)拓勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，新疆額敏834601)

摘要:簡(jiǎn)述了門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，從雪荷載取值、風(fēng)荷載體型系數(shù)取值、搖擺柱和伸縮縫的設(shè)置等方面，探討了門(mén)式剛架輕型房屋設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題，并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的建議，有利于保證房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及耐久性。

關(guān)鍵詞:門(mén)式剛架，房屋設(shè)計(jì)，風(fēng)荷載，鋼結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性

0　引言

門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)以其自身所具備的諸多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)省鋼材、成本低、施工速度快、建設(shè)工期短、美觀(guān)、性能可靠等，在工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，其現(xiàn)已成為工業(yè)廠(chǎng)房、倉(cāng)庫(kù)等建筑的首選的結(jié)構(gòu)形式，雖然是單層房屋，形式簡(jiǎn)單，但在很多問(wèn)題上不同的設(shè)計(jì)審圖人員對(duì)此有不同的見(jiàn)解或誤區(qū)，本文結(jié)合幾個(gè)門(mén)式剛架輕型房屋設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行探討。

1　門(mén)式剛架計(jì)算

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行GB 50009—2012規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定要求，可按照本規(guī)范中給出的方法對(duì)50年重現(xiàn)期的雪壓進(jìn)行確定，而對(duì)于雪荷載較為敏感的結(jié)構(gòu)，則應(yīng)當(dāng)采用100年重現(xiàn)期的雪壓。很多設(shè)計(jì)人員對(duì)此不加以區(qū)分只要是鋼結(jié)構(gòu)均按照百年重現(xiàn)期取雪荷載，他們認(rèn)為輕鋼結(jié)構(gòu)太輕巧，肯定屬于對(duì)雪荷載敏感的結(jié)構(gòu)。但是忽略了一個(gè)問(wèn)題:敏感與否固然與結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，但跨度對(duì)敏感程度影響絕對(duì)更大，拋開(kāi)跨度以結(jié)構(gòu)形式談這個(gè)問(wèn)題肯定是不對(duì)的。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》7．1．2條文中對(duì)雪荷載敏感的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，具體是指跨度大、質(zhì)量輕的屋蓋。對(duì)于這類(lèi)結(jié)構(gòu)而言，通常都是以控制雪荷載為主，若是雪荷載超出一定范圍時(shí)，或是在極端雪荷載的作用下，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)被破壞，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起結(jié)構(gòu)垮塌。所以必須在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)提高基本雪壓，因此，要采用100年重現(xiàn)期的雪壓。限定了“大跨度”才按100年重現(xiàn)期取值，那么多大的跨度對(duì)鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)才算大跨度，查看GB 50017鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第3．1．3條條文說(shuō)明對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)也做了論述，特指跨度不小于60 m的鋼結(jié)構(gòu)。故很多跨度只有十幾米甚至10 m以?xún)?nèi)的門(mén)式剛架按100年取值就是不必要了?！拜p鋼結(jié)構(gòu)雪載按100年重現(xiàn)期取值”作為設(shè)計(jì)加大承載儲(chǔ)備的目的和出發(fā)點(diǎn)是對(duì)的，但不是說(shuō)輕鋼結(jié)構(gòu)的雪荷載就必須按100年重現(xiàn)期取值。

2　風(fēng)荷載體型系數(shù)的選取

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的CECS 102∶2002規(guī)程中的規(guī)定要求，“屋面坡度不大于10°、屋面平均高度不大于18 m、房屋高寬比不大于1、檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸”，這是風(fēng)荷載體型系數(shù)規(guī)定的使用范圍。應(yīng)當(dāng)指出，18 m限值不是單層房屋的高度要求，而是風(fēng)荷載體型系數(shù)的適用高度限值。對(duì)于高度超過(guò)了18 m，高寬比大于1的，均已超出低矮房屋風(fēng)荷載體型系數(shù)的適用范圍，此時(shí)，風(fēng)荷載體型系數(shù)應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50009建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的規(guī)定計(jì)算。對(duì)于敞開(kāi)式房屋風(fēng)荷載CECS 102上沒(méi)有規(guī)定，可參照規(guī)程管理組補(bǔ)充發(fā)表的對(duì)CECS 102的勘誤和補(bǔ)遺一文，或按照GB 50009建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取包絡(luò)計(jì)算。

3　門(mén)式剛架的中柱的做法

我國(guó)現(xiàn)行的CECS 102∶2002規(guī)程中，對(duì)門(mén)式剛架的柱腳設(shè)計(jì)給出了明確規(guī)定，即采用門(mén)式剛架時(shí)，柱腳應(yīng)當(dāng)采用鉸接支撐。如果門(mén)式鋼架在有5 t以上橋式吊車(chē)的工業(yè)廠(chǎng)房中應(yīng)用時(shí)，在對(duì)柱腳進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，宜采用剛接的方式。部分設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，規(guī)程中用了“宜”采用，而不是應(yīng)采用，換言之，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用剛接，也可以不采用剛接或是采用鉸接，而實(shí)質(zhì)上這是一種錯(cuò)誤的理解。在此需要特殊闡明的一點(diǎn)時(shí)，該規(guī)程中指明是柱腳連接，而并不是柱頂與斜梁之間的連接，但凡帶有吊車(chē)的柱頂與斜梁之間的連接均應(yīng)當(dāng)采用剛接的方式進(jìn)行連接，若是廠(chǎng)房?jī)?nèi)的吊車(chē)噸位較小，門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的柱腳可以采用鉸接的方式進(jìn)行連接，但卻并未指明搖擺柱可以采用鉸接。由于搖擺柱是承受軸向力的構(gòu)件，其又被稱(chēng)之為二力桿，當(dāng)門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的廠(chǎng)房?jī)?nèi)設(shè)有橋式吊車(chē)時(shí)，擱置吊車(chē)梁處會(huì)同時(shí)存在彎矩及吊車(chē)的橫向剎車(chē)力，而此時(shí)其將不再是只承受軸向力的構(gòu)件。鑒于此，在有橋式吊車(chē)的多跨門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)內(nèi)，中柱不應(yīng)該采用搖擺柱，因?yàn)槭褂脫u擺柱會(huì)導(dǎo)致廠(chǎng)房的剛度降低，吊車(chē)行走時(shí)會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)，容易引起安全事故。

4　門(mén)式剛架輕型結(jié)構(gòu)剛架梁平面內(nèi)的穩(wěn)定性驗(yàn)算

GB 50018冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范第10．1．1條規(guī)定:“當(dāng)剛架梁位于平面內(nèi)時(shí)，可按照壓彎構(gòu)件對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，而實(shí)腹式剛架梁則應(yīng)當(dāng)按照壓彎構(gòu)件對(duì)其在剛架平面外的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算?！倍恍枰?jì)算其在剛架平面內(nèi)的穩(wěn)定性。該條文說(shuō)明指出:“剛架斜梁的主要作用是承受彎矩，并承受一定的軸力，作為壓彎構(gòu)件，它的軸力會(huì)隨著坡度的減小而減小(對(duì)于山形門(mén)式剛架，斜梁軸力沿梁長(zhǎng)是逐漸改變的)，當(dāng)屋面坡度不大于1∶2．5時(shí)，由于軸力很小，可僅按壓彎構(gòu)件計(jì)算其在平面內(nèi)的強(qiáng)度(此時(shí)軸壓力產(chǎn)生的應(yīng)力一般不超過(guò)總應(yīng)力的5%)，而不必驗(yàn)算其在剛架平面內(nèi)的穩(wěn)定性”。CECS 102規(guī)定的屋面坡度宜取1/8～1/20，按此坡度，在豎向荷載作用下斜梁所受軸壓力更小，軸壓力產(chǎn)生的應(yīng)力在總應(yīng)力中所占比重更小，更是可僅按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度而不需計(jì)算其在剛架平面內(nèi)的穩(wěn)定性。

5　多層鋼結(jié)構(gòu)頂層采用門(mén)式剛架時(shí)的分析方法

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的CECS 102∶2002規(guī)程中的規(guī)定，當(dāng)多層建筑結(jié)構(gòu)最頂層采用門(mén)式剛架時(shí)，剛架的設(shè)計(jì)、制造以及安裝等應(yīng)當(dāng)參考本規(guī)程中的相關(guān)要求。同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，充分考慮其對(duì)頂層柱底位移的影響。具體而言，多層鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑的頂層采用門(mén)式剛架時(shí)，要以CECS 102∶2002規(guī)程為參考依據(jù)，并且應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中將頂層與下部作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，從而確定在水平力作用下，下部結(jié)構(gòu)對(duì)頂層的不利影響。此外，按照以往同類(lèi)工程的經(jīng)驗(yàn)，在頂層屋蓋的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)設(shè)置縱向水平支撐，使其與橫向支撐構(gòu)成封閉體系，借此來(lái)增強(qiáng)頂層屋蓋的剛度。而頂層結(jié)構(gòu)的柱頂位移限值則宜適當(dāng)嚴(yán)一些，至于“嚴(yán)”多少，宜根據(jù)房屋總高度、下部結(jié)構(gòu)的層數(shù)和剛度，綜合考慮。

6　門(mén)式剛架的伸縮縫設(shè)置

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的CECS 102∶2002規(guī)程中的規(guī)定，采用門(mén)式剛架的輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的溫度區(qū)段長(zhǎng)度應(yīng)符合以下要求:縱向溫度區(qū)段的長(zhǎng)度不超過(guò)300 m;橫向溫度區(qū)段的長(zhǎng)度不超過(guò)150 m。按照工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)未設(shè)置橋式吊車(chē)的工業(yè)廠(chǎng)房，當(dāng)整體長(zhǎng)度不足180 m時(shí)，可忽略溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，若是長(zhǎng)度超過(guò)180 m但不足450 m，可以不設(shè)置伸縮縫?？v向構(gòu)件可以采用螺栓的方式進(jìn)行連接，長(zhǎng)度超過(guò)180 m但不足450 m時(shí)，伸縮縫可由縱向構(gòu)件的端部連接處的螺孔予以消除，在這一條件下，連續(xù)構(gòu)件的內(nèi)力變化基本不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性造成不利影響。而GB 50017鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第8．1．5條的規(guī)定一般認(rèn)為是對(duì)重型鋼結(jié)構(gòu)而非輕鋼結(jié)構(gòu)而言，按照8．1．5條注1“廠(chǎng)房柱為其他材料時(shí)，應(yīng)按相應(yīng)規(guī)范的規(guī)定設(shè)置伸縮縫。圍護(hù)結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體情況參照有關(guān)規(guī)范單獨(dú)設(shè)置伸縮縫”。鑒于此，常規(guī)的門(mén)式剛架可以依據(jù)CECS 102∶2002規(guī)程中有關(guān)的規(guī)定要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7　檁條計(jì)算時(shí)考慮上翼緣的側(cè)向約束

輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的圍護(hù)板按其連接構(gòu)造方式主要有三大類(lèi):第一類(lèi)是普通帶肋壓型鋼板，由自攻釘直接固定在檁條和墻梁上，同時(shí)板與板的側(cè)邊搭接用縫合釘固定，具有很強(qiáng)的板平面內(nèi)的抗剪剛度和強(qiáng)度，一般情況下可以完全約束受其連接的檁條(墻梁)翼緣的側(cè)向彎扭變形，解決該翼緣的彎扭失穩(wěn)問(wèn)題，單塊的壓型鋼板與檁條或墻梁共同組成整體屋面和墻面后，具有極好的蒙皮效應(yīng)，使得以平面受力為特征的門(mén)式剛架具有很好的空間性能。它是三類(lèi)板型中抗風(fēng)能力最強(qiáng)的。第二類(lèi)是帶彈性卡槽肋的壓型鋼板，由彈性卡槽扣合在固定支架上，由于壓型鋼板不直接與檁條固定，完全靠彈性卡槽扣合力來(lái)固定，而這種扣合力不可能有自攻釘?shù)倪B接那么強(qiáng)，因此它的蒙皮效應(yīng)非常弱，不可能有效地約束檁條翼緣的側(cè)向彎扭變形解決檁條上翼緣的彎扭失穩(wěn)問(wèn)題。第三類(lèi)是卷邊咬合式屋面板，板與板之間及板與固定座的連接片之間采用180°～360°咬合方式固定，其中連接片在固定座中可自由滑動(dòng)。

檁條設(shè)計(jì)時(shí)，如何考慮圍護(hù)板對(duì)檁條的側(cè)向約束值得重視。對(duì)于第一類(lèi)板型，可以認(rèn)為檁條上翼緣受到足夠的側(cè)向彎扭約束，不用計(jì)算上翼緣受壓時(shí)的穩(wěn)定;第二類(lèi)板不可考慮對(duì)檁條上翼緣的側(cè)向彎扭約束，因檁條翼緣的側(cè)向彎扭帶動(dòng)固定座有使屋面板脫出的危險(xiǎn);第三類(lèi)板差異很大，要根據(jù)具體構(gòu)造分別考慮。

綜上所述，門(mén)式剛架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體工程具體分析，判斷其適用哪個(gè)規(guī)范規(guī)程，才能做出合格的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn):

［1］陳友泉，魏潮文，蔡益燕．門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工疑難問(wèn)題釋義［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009．

［2］CECS 102∶2002，門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

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［5］GB 50018—2002，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范［S］．

On problems in design for door-type steel support structure

Wang Jianjun
(No．9 Division Liantuo Survey，Design and Research Co．，Ltd，Emin 834601，China)

Abstract:The paper indicates the advantages of the door-type steel support structure，explores the common problems in the design for the support frame from snow load value，value of wind load frame coefficient，leaning column，and allocation of expansive joint combined with relevant specifi-cations，and points out the optimal design suggestions，so as to ensure the stability and durability of the housing structure．

Key words:door-type steel support，housing design，wind load，steel structure，stability

作者簡(jiǎn)介:王建軍(1979-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-29

文章編號(hào):1009-6825(2016)01-0060-03

中圖分類(lèi)號(hào):TU318

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A