某超高門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

◎ 戚迎花，郭建勇

（鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450053）

1 工程概況

廣東省中山市某工業(yè)區(qū)毛米倉(cāng)車間，高20 m，跨度30 m，內(nèi)為16 m高鋼板倉(cāng)，無(wú)吊車，建筑面積1 650 m2，室內(nèi)外高差300 mm，業(yè)主要求采用門式剛架結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目平面布置圖及主剛架立面如圖1、圖2所示。

圖1 平面布置圖

該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。處于沿海地區(qū)，基本風(fēng)壓0.6 kN/m2。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，剛架材料選用Q345B級(jí)鋼。

圖2 主剛架立面圖

2 結(jié)構(gòu)布置

本工程主承力體系采用焊接H型截面門式剛架，屋頂及外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用壓型鋼板輕型材料。剛架柱柱腳固結(jié)，柱子采用全高等截面。為減小柱子平面外計(jì)算長(zhǎng)度，保證整體結(jié)構(gòu)空間的穩(wěn)定性，廠房縱向每榀鋼架柱間除柱頂設(shè)置剛性系桿外，在柱中增設(shè)兩道剛性系桿。屋蓋縱向設(shè)置通長(zhǎng)剛系桿，間距4.5～5.5 m。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

鋼架結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算程序采用PKPM-STS鋼結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)。

本工程建筑高度大于GB 51022-2015《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》[2]（簡(jiǎn)稱《門規(guī)》）18 m的限值要求，《門規(guī)》不能完全適用，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中宜參考其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.1 荷載

荷載包括屋面恒載、活載、風(fēng)荷載等。風(fēng)荷載取GB 5009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《荷規(guī)》）及《門規(guī)》較大值。經(jīng)對(duì)比，柱子風(fēng)荷載《荷規(guī)》更大，梁風(fēng)荷載《門規(guī)》更大。筆者建議結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用《荷規(guī)》風(fēng)荷載，再用《門規(guī)》風(fēng)荷載進(jìn)行屋面斜梁驗(yàn)算。柱子風(fēng)荷載的輸入，可以采用梯形荷載或等效矩形荷載計(jì)算。

3.2 板件寬厚比控制

構(gòu)件的板件寬厚比既是保證廠房框架延性的關(guān)鍵指標(biāo)，也是影響單位面積用鋼量的重要因素[1]。該單層工業(yè)廠房高度已經(jīng)超出《門規(guī)》的適用范圍，不建議采用《門規(guī)》控制。

對(duì)于輕屋蓋廠房，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]9.2.14條及條文說(shuō)明中，對(duì)設(shè)防烈度8度（0.20 g）及以下的情況，可采用性能化設(shè)計(jì)的方法，即“高延性、低彈性承載力”和“低延性、高彈性承載力”兩種，即允許在構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定滿足不同地震作用的承載力要求時(shí)，可采用不同限值進(jìn)行彈性設(shè)計(jì)階段的板件寬厚比計(jì)算。

本工程按照“低延性、高彈性承載力”性能設(shè)計(jì)方法，當(dāng)結(jié)構(gòu)在滿足較高地震作用的承載力要求時(shí)，允許采用較低限值進(jìn)行彈性設(shè)計(jì)階段的板件寬厚比計(jì)算，放寬了板件寬厚比的要求。

在滿足2倍多遇地震作用下的要求時(shí)，可采用GB 50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]（簡(jiǎn)稱《鋼規(guī)》）彈性設(shè)計(jì)階段的板件寬厚比限值。而PKPM-STS鋼結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)中已提供了相應(yīng)的選項(xiàng)，可直接勾選設(shè)計(jì)。

3.3 柱頂位移控制及梁撓度

本工程無(wú)橋式吊車，柱頂位移控制可采用《鋼規(guī)》無(wú)橋式吊車的單層框架柱頂位移H/150的限值，考慮到廠房?jī)?nèi)鋼柱與毛米倉(cāng)距離較近，頂位移限制按H/180控制。經(jīng)計(jì)算，本工程柱頂位移由風(fēng)荷載控制。為滿足柱頂水平位移，屋面梁截面隨著柱截面加大而加大，梁的使用率較低，其撓度也能得到充分保證。因此，梁截面可在滿足板件構(gòu)造及整體計(jì)算要求的前提下，盡可能減小截面，節(jié)約材料。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)選取合適的荷載和柱頂位移限值參數(shù)，按照“低延性、高彈性承載力”性能設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行超規(guī)范要求的高度的門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既保證結(jié)構(gòu)安全性，又達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效果。