新版門剛規(guī)范實(shí)施后維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

◎ 康民啟，魏世輝，劉廣軒

（1.鄭州中糧科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450053；2.阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 阜陽 236031）

1 新版門剛規(guī)范的推出

門式剛架設(shè)計(jì)的依據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 102:2002）在2016年8月1日完成了13年的使命，退出了歷史舞臺，取而代之的是一部新規(guī)范——《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB 51022-2015）。與原門式剛架技術(shù)規(guī)程相比，新規(guī)范有了許多變化，既更多地與荷載規(guī)范、抗震規(guī)范等國家規(guī)范接軌，也充分考慮了門式剛架自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還充分吸收了近年來的技術(shù)進(jìn)步。此外，新規(guī)范還特別強(qiáng)調(diào)并且糾正了之前門式剛架設(shè)計(jì)中的一些常見錯(cuò)誤?？傮w上講，由規(guī)程演變成規(guī)范以后，在某些關(guān)鍵地方有顯著的變化，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員仔細(xì)對比、認(rèn)真學(xué)習(xí)，以期做出合格、優(yōu)秀的設(shè)計(jì)作品。

1.1 新版門剛規(guī)范風(fēng)荷載的變化

門式剛架結(jié)構(gòu)是對風(fēng)荷載和雪荷載都比較敏感的結(jié)構(gòu)，針對門式剛架結(jié)構(gòu)的這一特點(diǎn)，新版規(guī)范對風(fēng)荷載和雪荷載均做出了較大調(diào)整。新版規(guī)范第4.2.1條的風(fēng)荷載公式是[1]：wk=βμwμzw0

β為系數(shù)，計(jì)算主剛架時(shí)取β=1.1；計(jì)算檁條、墻梁、屋面板和墻面板及其連接時(shí)，取β=1.5.

舊版規(guī)范第A.0.1條對風(fēng)荷載的規(guī)定是[2]：

在舊版規(guī)范中，w0采用時(shí)是擴(kuò)大1.05倍，而新版規(guī)范則不需要。新版規(guī)范中的風(fēng)荷載系數(shù)μw的取值按照屋面坡度進(jìn)行了更細(xì)致的劃分，這也是新版規(guī)范改進(jìn)的地方。舊版規(guī)范中的風(fēng)荷載體形系數(shù)μs取值較為籠統(tǒng)，只給出了取值區(qū)間，需要設(shè)計(jì)者自己選擇。β系數(shù)是新版規(guī)范中新增加的一個(gè)系數(shù)，是考慮陣風(fēng)作用的要求，通過β系數(shù)使之與《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2012的風(fēng)荷載基本協(xié)調(diào)一致。假定在μw=μs的情況下，新版規(guī)范的風(fēng)荷載wk與舊版相比，主剛架的風(fēng)荷載取值擴(kuò)大了1.05倍，而維護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載取值則擴(kuò)大了1.43倍，維護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載增大更多。

1.2 新版門剛規(guī)范雪荷載的變化

新版規(guī)范第4.3.1條明確規(guī)定：基本雪壓S0按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2012規(guī)定的100年重現(xiàn)期的雪壓采用。而舊版規(guī)范對此沒有明確規(guī)定，只是要求按照荷載規(guī)范的規(guī)定取值；實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一般情況下還是按照50年重現(xiàn)期的雪壓采用的。通過對比荷載規(guī)范可以發(fā)現(xiàn)，100年重現(xiàn)期雪壓通常是50年重現(xiàn)期雪壓的1.1～1.2倍[3]。

2 檁條和墻梁加強(qiáng)措施

新版規(guī)范僅通過調(diào)整風(fēng)荷載和雪荷載的系數(shù)或取值就比舊版規(guī)范的荷載取值擴(kuò)大約1.2倍（主體結(jié)構(gòu)）、1.5～1.7倍(維護(hù)結(jié)構(gòu))。因此，在新版規(guī)范的要求下，檁條和墻梁的設(shè)計(jì)要引起格外關(guān)注。下面僅討論檁條和墻梁設(shè)計(jì)時(shí)常采用的幾種措施。

2.1 增大檁條截面模量

采用實(shí)腹式檁條做強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算公式M/W≤f，3 V/2 ht≤fv，W=bh2/6，增大截面模量可以減少截面強(qiáng)度。增大截面模量最有效的措施是增大截面高度，其次是增大截面厚度。當(dāng)只對一根檁條增大截面尺寸受限時(shí)，也可以采取雙檁條，背對背形式或者口對口形式都可以，不過這種情況只有在采用C形檁條時(shí)可以使用。另一種思路是盡量減小彎矩設(shè)計(jì)值，由彎矩公式M=(ql2)/8可知，通過減小檁條間距可以減小均布荷載設(shè)計(jì)值q，也可以減小檁條的跨度l能夠?qū)崿F(xiàn)；不過減小檁條跨度需要調(diào)整剛架柱距，在柱距已經(jīng)確定的情況下不容易調(diào)整。

2.2 連續(xù)檁條

當(dāng)采取連續(xù)檁條時(shí)，因支座處檁條有負(fù)彎矩，負(fù)彎矩可有效抵消跨中正彎矩，所以連續(xù)檁條可有效減小截面尺寸，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，連續(xù)檁條在支座處必須進(jìn)行嵌套搭接，且搭接長度不宜小于檁條跨度的10%。根據(jù)浙江大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)所做的連續(xù)檁條實(shí)驗(yàn)，連續(xù)檁條的剛度隨嵌套搭接長度的增加而增加。當(dāng)嵌套搭接長度趨近10%的檁條跨度時(shí)，再增加搭接長度對檁條的剛度影響很??；另一方面，嵌套搭接長度取10%（單邊取5%）的跨度可滿足搭接端頭的彎矩值不大于跨中彎矩。但需注意，對于端跨的檁條，為滿足搭接端頭的彎矩不大于跨中彎矩，需要加大搭接端頭50%[1]。

2.3 桁架式檁條

若荷載更大，上述設(shè)計(jì)不能滿足要求時(shí)，也可以采用桁架式檁條。在舊版規(guī)程中，雖然提到了格構(gòu)式檁條的概念，且指出包含平面桁架式、空間桁架式或下?lián)问綑_條，但是再無其他論述，也沒有給出具體的計(jì)算公式。新版規(guī)范中，不僅詳細(xì)列出了平面桁架式檁條的設(shè)計(jì)要求，還有理論計(jì)算公式。新版規(guī)范沒有再給出空間桁架式或下?lián)问綑_條的計(jì)算公式，筆者認(rèn)為在門式鋼架結(jié)構(gòu)房屋中，平面桁架式檁條的跨度已足夠大，已經(jīng)可以滿足絕大部分設(shè)計(jì)項(xiàng)目要求；若平面桁架式檁條都不能滿足要求，則要復(fù)核柱距或者房屋的結(jié)構(gòu)選型。

2.4 其他措施

其他措施的合理應(yīng)用也有助于減小檁條或者墻梁的截面高度。如在墻梁或檁條兩側(cè)均設(shè)置墻板，且用自攻螺釘連接兩者時(shí)，墻板可以約束檁條或墻梁兩側(cè)翼緣的側(cè)向位移，此時(shí)無需驗(yàn)算檁條或者墻梁外側(cè)翼緣的受壓穩(wěn)定性。如果在檁條或者墻梁內(nèi)側(cè)沒有墻板時(shí)，可在靠近內(nèi)側(cè)翼緣設(shè)置拉條作為其側(cè)向支撐點(diǎn)以提高其穩(wěn)定承載能力。

3 結(jié)語

上述方法在設(shè)計(jì)時(shí)不必拘泥其一，可以根據(jù)具體項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行綜合應(yīng)用。另外還應(yīng)仔細(xì)研讀規(guī)范，領(lǐng)會設(shè)計(jì)要領(lǐng)，拓展思路，尋找經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)方案。