《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的變化及算例分析

袁 霞

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的變化及算例分析

袁 霞

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

門式剛架輕型結(jié)構(gòu)房屋是鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的一種結(jié)構(gòu)式。近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，結(jié)構(gòu)安全性就顯得越來越重要，另外一些相關(guān)的結(jié)構(gòu)規(guī)范也已經(jīng)相繼改版?！堕T式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102:2002(以下簡稱《門剛規(guī)程》)已經(jīng)顯得落后于社會的發(fā)展，為適應(yīng)這些相應(yīng)的需求，新的《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022-2015(以下簡稱《門剛規(guī)范》)于2016年8月份正式實施。《門剛規(guī)范》相較于《門剛規(guī)程》來說不單是從規(guī)程提高為規(guī)范，在內(nèi)容上也做很大的改動，文中將從多個方面來介紹《門剛規(guī)范》的變化，并通過算例進(jìn)行分析，以方便設(shè)計人員熟練使用新的規(guī)范。

《門剛規(guī)范》；抗震設(shè)計；構(gòu)件設(shè)計

0 引言

門式剛架輕型結(jié)構(gòu)房屋是鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的一種結(jié)構(gòu)式。它是用輕型焊接H形鋼(等截面或變截面)、熱軋H形鋼(等截面)或冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的實腹門式剛架或格構(gòu)式門式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼等作檁條、墻梁；以壓型金屬板(壓型鋼板、壓型鋁板)做屋面及墻面，并適當(dāng)設(shè)置支撐的一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系[5]。

門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系在國內(nèi)外應(yīng)用極為廣泛，最早始于美國，日本和歐洲門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用也較多。由于該結(jié)構(gòu)形式具有許多其它結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)點，而且經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，因此這種結(jié)構(gòu)形式在國外一經(jīng)推出就得到了廣泛應(yīng)用。

我國門式剛架結(jié)構(gòu)體系起步較晚，最初是在引進(jìn)國外相關(guān)材料和軟件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由于我國多年來一直從節(jié)約鋼材和資金的角度出發(fā)，對建筑鋼結(jié)構(gòu)采取限制使用的政策，因此門式剛架結(jié)構(gòu)體系未得到長足的發(fā)展，無論是設(shè)計水平，還是施工水平，與國外相比，都有較大的差距[6]。近年來隨著我國鋼材產(chǎn)量的增加和焊接H型鋼的出現(xiàn)，壓型鋼板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼的大批量生產(chǎn)，特別是《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 102：98)的頒布實施，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國大量涌現(xiàn)，門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系得到了較為廣泛的應(yīng)用，推動了該種結(jié)構(gòu)體系在我國的設(shè)計、成型一體化進(jìn)程。隨著社會的發(fā)展，《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1]于2001年進(jìn)行了修訂，并于2015年發(fā)布了《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB51022-2015)[2]，《門剛規(guī)范》與《門剛規(guī)程》相比有較大的改動，本文將從以下五個方面并結(jié)合實例對不同之處進(jìn)行描述，以方便設(shè)計人員熟練使用新的規(guī)范，并為以往工程的較核提供依據(jù)。

1 《門剛規(guī)范》與《門剛規(guī)程》對比及算例

1.1 鋼材設(shè)計指標(biāo)

《門剛規(guī)范》中對鋼材厚度更加的細(xì)分：從小于16mm厚里分出6mm厚；另外強度根據(jù)板厚也有所調(diào)整，還新增加了LQ550型鋼材(僅用于屋面及墻面板)。如下表1所示。

表1 鋼材設(shè)計指標(biāo)對比

上表中僅給出新規(guī)范變化處與原規(guī)程中的差別，從中可以看出新規(guī)范中對材料設(shè)計強度值有一定程度的降低，使得結(jié)構(gòu)的安全度進(jìn)一步提高。

1.2 門式剛架結(jié)構(gòu)的適用范圍的變化

新版《門剛規(guī)范》[2]中對適用范圍有了一定的調(diào)整，包括跨度、檐口高度及圍護(hù)墻體，如下表2所示。

表2 適用范圍對比

1.3.1 承載力調(diào)整系數(shù)變化

在新的《門剛規(guī)范》[2]中抗震調(diào)整系數(shù)相較于《門剛規(guī)程》[1]有所上調(diào)如下表3所示。從表中可以看出，新規(guī)范在強度計算上由0.75提高到了0.85，而穩(wěn)定則是從0.75提高到了0.9，地震組合驗算時，結(jié)構(gòu)抗力會有所降低，這對于地震作用控制的結(jié)構(gòu)會帶來一定的影響。

表3 抗震調(diào)整系數(shù)對比

1.3.2 抗震構(gòu)造措施

《門剛規(guī)范》[2]與《門剛規(guī)程》[1]相比增加了抗震構(gòu)造措施的要求，有以下五條：

(2)在檐口或中柱的兩側(cè)三個檁距范圍內(nèi)，每道檁條處屋面梁均應(yīng)布置雙側(cè)隅撐；邊柱的檐口墻檁處應(yīng)雙側(cè)設(shè)置隅撐；

以云服務(wù)需求企業(yè)的期望為參照點，依據(jù)式(2)～式(5)將云服務(wù)需求企業(yè)給出的偏好信息轉(zhuǎn)化為相對于參照點的收益或損失，構(gòu)建云服務(wù)需求企業(yè)的損益矩陣

(3)當(dāng)柱腳剛接時，錨栓的面積不應(yīng)小于柱子截面積的0.15倍；

(4)縱向支撐采用圓鋼或鋼索時，支撐與柱子腹板的連接應(yīng)采用不能相對滑動的連接；

(5)柱的長細(xì)比不應(yīng)大于150。

1.3.3 抗震控制時構(gòu)件局部穩(wěn)定算例分析

某工程為單跨門式鋼架，跨度24 m，柱距6 m，無吊車，檐口高度7.5 m?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震加速度值為0.1 g，設(shè)計地震分組為第二組，場地類別:Ⅱ類?；撅L(fēng)壓：0.3 KN/m2基本雪壓：0.35 KN/m2(n=100年)，計算模型如下圖1所示。該工程按《門剛規(guī)范》[2]與《門剛規(guī)程》[1]種計算方法上，在抗震控制時，構(gòu)件局部穩(wěn)定的變化如圖2下加下劃線文字所示。

從圖2計算結(jié)果看出，新規(guī)范計算結(jié)果在考慮屈曲后的應(yīng)力比及平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比等幾項都比按門剛規(guī)程計算的結(jié)果要大， 說明新的《門剛規(guī)范》[2]在抗震方面的要求比規(guī)程要求更加嚴(yán)格。

圖2 抗震控制時構(gòu)件局部穩(wěn)定計算結(jié)果對比

1.4 風(fēng)荷載及雪荷載計算方面的對比

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(50009-2012) [3]規(guī)定，對風(fēng)荷載比較敏感的結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)提高，門式輕型鋼結(jié)構(gòu)屬于風(fēng)荷載比較敏感的結(jié)構(gòu)，因此新《門剛規(guī)范》[2]風(fēng)荷載的計算方面有較大的修改。另外《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[3]中規(guī)定，對于雪荷載敏感的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用100年重現(xiàn)期的雪壓，門式輕型鋼結(jié)構(gòu)屋蓋較輕，屬于對雪荷載敏感的結(jié)構(gòu)，極端雪荷載作用下容易造成結(jié)構(gòu)整體破壞，后果特別嚴(yán)重，因此新規(guī)范規(guī)定設(shè)計門式輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋時應(yīng)按100年重現(xiàn)期的雪壓采用。另外對于高低跨屋面也做了說明，下表4為新規(guī)范與舊規(guī)程的差別。

表4 風(fēng)荷載與雪荷載計算對比

1.5 構(gòu)件設(shè)計方面對比

1.5.1 剛架構(gòu)件

剛架構(gòu)件在新《門剛規(guī)范》[2]取消了腹板變化不超過每米60 mm的限制，增加了楔率折減系數(shù)χtap，受剪承載力設(shè)計值計算公式有所變化；另外在計算腹板有效寬度時有效寬度系數(shù)ρ的計算公式也有一定的變化，見下表5所示。

表5 剛架構(gòu)件計算方面對比

1.5.2 構(gòu)件抗剪承載能力算例分析

工程同上述工程，通過調(diào)整剛架柱的楔率變化個來對比《門剛規(guī)程》[1]《門剛規(guī)范》[2]構(gòu)件抗剪承載能力方面的差異。表6為計算結(jié)果，從表格的計算結(jié)果對比中可以看出《門剛規(guī)范》[2]d有減小的趨勢，特別是第三個構(gòu)件，由于大小端高度差異較大，楔率折減系數(shù)對抗剪承載力的影響就比較大，總體來說新的《門剛規(guī)范》[2]算出的抗剪承載力普遍減小。

表6 構(gòu)件抗剪承載能力計算結(jié)果對比

1.5.3 檁條與墻梁設(shè)計對比

《門剛規(guī)范》[2]維護(hù)構(gòu)件的設(shè)計上變化也是比較大的，首先風(fēng)壓的調(diào)整系數(shù)規(guī)范規(guī)定按1.5取值，另外在風(fēng)荷載系數(shù)上也有一定的變化，在檁條的強度計算方面，公式改為按平行軸考慮，同時增加了抗剪承載力驗算。詳見表7所示。

表7 構(gòu)件抗剪承載能力計算結(jié)果對比

1.5.4 檁條設(shè)計計算結(jié)果對比分析

按照下述工程條件對比多個簡支檁條在強度和穩(wěn)定上的差異：自重：0.3 KN/m2，活荷載：0.5 KN/m2，基本風(fēng)壓：0.4 KN/m2，跨度：6 m，檁條間距：1.5 m，屋面角度：5.711°，風(fēng)吸：-1.16，風(fēng)壓：0.38。表8和表9分別為不同截面檁條在計算結(jié)果方面的對比分析。

表8 平行軸和主慣性軸一致的截面計算結(jié)果對比

表9 平行軸和主慣性軸不一致的截面計算結(jié)果對比

從上面表8中可以看出對于平行軸和主慣性軸一致的截面，新《門剛規(guī)范》無論是在強度還是穩(wěn)定方面，在常見的情況下都會增大。對于平行軸和主慣性軸不一致的截面，從表9中的計算結(jié)果來看《門剛規(guī)范》在基本風(fēng)壓較小的情況下算得的強度應(yīng)力反而會有所下降，但是對于較大的風(fēng)壓(>0.5)時，新規(guī)范就會更大；穩(wěn)定應(yīng)力方面，在一般情況下《門剛規(guī)范》始終都都會增大，因此在設(shè)計的過程中應(yīng)該注意。

2 結(jié)語

從上述五個方面可以看出，新的《門剛規(guī)范》與門剛規(guī)程相比，適用范圍更廣，但在設(shè)計、構(gòu)造方面要求更加嚴(yán)格，從而使結(jié)構(gòu)更加安全合理。文中僅列出了規(guī)范的部分變化，對于支撐的布置方案及設(shè)計方法、連接和節(jié)點設(shè)計、夾層的結(jié)構(gòu)形式、運輸和安裝等方面文中并未提及，需要設(shè)計人員在設(shè)計過程中多加注意。

[1] 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.中國標(biāo)準(zhǔn)書號CECS102:2002[S].北京: 中國計劃出版社, 2003.

[2] 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范.中國標(biāo)準(zhǔn)書號GB51022-2015[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.中國標(biāo)準(zhǔn)書號GB50009-2012[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4] 建筑抗震設(shè)計規(guī)范.中國標(biāo)準(zhǔn)書號GB50011-2001[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[5] 陳紹蕃. 鋼結(jié)構(gòu)-房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 [M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[6] 李一凡,劉福勝,孫勇. 門式剛架輕型結(jié)構(gòu)房屋的發(fā)展現(xiàn)狀[J].鋼結(jié)構(gòu)， 2006，21(2):1-4.

[7] 時慶偉.門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[D].沈陽：沈陽建筑大學(xué), 2010：1-8.

[8] 馮建霖. 門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2009:1-12.

TheChangeofTechnicalcodeforsteelstructureoflight-weightbuildingwithgabledframeandItsExampleAnalysis

YUAN Xia

(ChinaNonferrousMetalsProcessingTechnologyCo.Ltd,Luoyang, 471039,China)

The light-weight structure of gabled frames is a widely used structural type in steel structures. In recent years, with the improvement of our country economy, the safety of structure is more and more important and other related structural codes have revised one by one.Technicalspecificationforsteelstructureoflight-weightbuildingwithgabledframeCECS102:2002 (hereinafter referred to asSpecificationofgabledframe) is behind the development of society, for adapt to the corresponding demand, theTechnicalcodeforsteelstructureoflight-weightbuildingwithgabledframeGB51022-2015 (hereinafter referred to asCodeofgabledframe) was formally implemented in 2016 August. TheCodeofgabledframecompared to theSpecificationofgabledframe, it is not only from the specification to improve the code, also do great changes in the content. In this paper, the change ofCodeofgabledframeat many aspects will be introduced and explains through examples, in order to facilitate the designer skilled in the use of the new code.

Codeofgabledframe; seismic design; component design

2017-07-23

袁霞(1988-)，女，河南開封人，碩士，中色科技股份有限公司工程師，研究方向：鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計。E-mail:yuanxiade1@126.com

TU392.5

A

1672-7169(2017)04-0075-07