淺析門式剛架設(shè)計要點

金忠堂

大連新大地建筑設(shè)計研究有限公司 遼寧大連 116000

門式剛架根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可分為單跨、雙跨、多跨剛架以及帶挑檐的和帶毗屋的剛架等形式。多跨剛架中間柱與斜梁的連接一般采用鉸接，多跨剛架宜采用雙坡或單坡屋蓋，必要時也可采用由多個雙坡屋蓋組成的多跨剛架形式。其梁柱截面可為等截面或變截面，柱腳一般為鉸接或剛接。

1 建筑物長與寬的選擇

一般來說，在布置柱網(wǎng)時應遵循長度大于寬度的原則，能減輕剛架用鋼量，同時也能減少柱間支撐的風荷載，從而降低支撐系統(tǒng)的用鋼量。

2 柱距選擇

通過大量計算比較表明，屋面活載0.3KN/m2，基本風壓0.65KN/m2時最經(jīng)濟柱距是7.5-9m，超過9m時，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經(jīng)濟。當荷載更大時，經(jīng)濟柱距應相應減少。對于帶有10噸以上行車的廠房，經(jīng)濟柱距應該是6-7.5m。

在布置柱距時，如需采用不等柱距時，應盡量將端跨柱距布置得比中間跨小，這是由于端跨風荷載要比中間跨大，另外在采用連續(xù)檁條設(shè)計時，端跨的撓度及跨中彎距總是比其他跨要大。采用較小的端跨能使屋面檁條設(shè)計更方便節(jié)省。

例1：建筑物長度=90m

經(jīng)濟柱距可?。?×6+10×7.8+1×6或者1×7.2+9×8.4+1×7.2

3 合理跨度的確定

不同的生產(chǎn)工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠房跨度，有的業(yè)主甚至要求輕鋼生產(chǎn)廠家根據(jù)自己的使用功能，確定較為經(jīng)濟的跨度。在盡可能滿足生產(chǎn)工藝和使用功能上，應根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當柱高、荷載一定時，適當加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節(jié)省空間，基礎(chǔ)造價低，綜合效益較為可觀。通過大量計算發(fā)現(xiàn)，當檐高6m、柱距為7.5m，屋面活載0.3KN/m2，基本風壓0.65KN/m2時，跨度在18-30m之間的剛架單位用鋼量（Q235-B）為15-21kg/m2，當跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為16-40kg/m2，當檐高為12m、跨度超過48m時宜采用多跨剛架（中間設(shè)置搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節(jié)約40%以上，因此設(shè)計門式剛架時應根據(jù)具體要求選擇較為經(jīng)濟的跨度，不宜盲目追求大跨度。

4 屋面坡度選擇

屋面坡度需要按照屋面板的構(gòu)造與排水坡面長度及柱結(jié)構(gòu)高度等綜合因素考慮確定，一般取1/10-1/20。研究表明不同的屋面坡度對剛架的用鋼量有較大的影響。

以下為我們通過對單跨42m，檐口高度為6m的在不同屋面坡度下的用鋼量進行計算分析得出的結(jié)果：

當屋面坡度為0.5：10時，一榀框架重量為：3682Kg；

當屋面坡度為1.0：10時，一榀框架重量為：3466Kg；

當屋面坡度為1.5：10時，一榀框架重量為：3328Kg；

當屋面坡度為2.0：10時，一榀框架重量為：3240Kg；

可以看出，對于單跨剛架，一種較好的減少剛架重量的方式是增大屋面坡度，坡度越大用鋼量越節(jié)省。

然而對于多跨框架來說情況就不同了，坡度大反而會增加框架用鋼量，這是由于大的坡度將導致內(nèi)柱長度增加。當建筑物跨度較大時，坡度增加能降低屋面鋼梁的撓度。

通過研究計算，較經(jīng)濟的坡度為：

多跨建筑：1：20

單跨，跨度小于45m：0.5：10

單跨，跨度小于 60m：1.5：10單跨，跨度大于60m：2.0：10

實際上，屋面坡度的選取還與建筑有無女兒墻有關(guān)系，坡度則增大將會導致女兒墻造價的增加。

5 檐口高度選擇

檐口高度對造價影響較大，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1）檐口高度增加將導致墻面板面積增加，墻面檁條增加，同時柱的用鋼量也將增加；

（2）如果鋼柱無側(cè)向支撐（如中柱，或邊柱無法設(shè)置隅撐），則檐口高度對框架重量影響將更為突出；

（3）檐口高度增加，將導致作用在框架上的風荷載增加。如果檐口高度/建筑寬度＞0.8，為控制側(cè)向位移，有時甚至需要將柱腳由鉸接改為剛接。

檐口高度由以下因素決定：

（1）檐口處的凈高要求；

（2）有吊車時，吊車梁及吊車吊鉤高度（甲方要求）。

6 溫度區(qū)段

根據(jù)輕鋼規(guī)程，最大縱向長度不大300m，橫向不應大于150m?？v向溫度區(qū)段的伸縮縫設(shè)置可采用雙柱布置，或者將檁條連接采用橢圓孔的單柱伸縮縫。

這里需要說明的是規(guī)程所規(guī)定的最大長度并非是所有建筑都允許所能達到的長度。對于不同建筑，應根據(jù)建筑物本身的使用條件，所在地的自然條件，根據(jù)計算所能出最大的溫度區(qū)段。

7 支撐布置

7.1 支撐的作用

在門式剛架柱網(wǎng)的每個溫度區(qū)段間，應布置完整的支撐體系，以形成完整的空間結(jié)構(gòu)體系。輕型門式剛架沿寬度方向的橫向穩(wěn)定性，是通過剛架的自身剛度來抵抗所承受到的橫向荷載而保證的。由于在長度方向的縱向結(jié)構(gòu)剛度較弱，需要沿縱向設(shè)置支撐，以保證其縱向穩(wěn)定性。支撐所受力主要是縱向風載、吊車剎車力和地震作用以及溫度作用等；計算支撐內(nèi)力時一般假定節(jié)點為鉸接，并忽略偏心的影響，并且一般的支撐都是按拉桿考慮[1]。所以，一般適宜雙向布置。

7.2 支撐設(shè)置的基本原則

（1）盡管有的屋面板有一定的蒙皮效應，但這種作用目前還很難去量化，因此在設(shè)計支撐時還不能考慮這種蒙皮效應；

（2）柱間支撐應盡量與屋面支撐設(shè)在同一跨，當由于墻面有門洞而無法設(shè)置時，可以將柱間支撐設(shè)在臨跨；

（3）通常來說，支撐的間距一般不宜超過5跨；當無吊車時宜取30-45m，有吊車時，間距一般不宜大于60m；

（4）屋面支撐需要在屋脊處斷開。

（5）在同一柱列，不應將不同類型的支撐混用，否則剛度小的支撐受力小，起不到應有的作用，而剛度大的支撐由于超負荷工作而破壞。柱間支撐應優(yōu)選選擇使用交叉支撐。

8 梁設(shè)計

鋼梁的分段點據(jù)彎矩的大小，選較小處，并且參照抗風柱的位置，盡量避開。梁段不超過12米，多數(shù)控制在10米以內(nèi)。鋼梁盡量設(shè)計成腹板高，翼緣窄，相對節(jié)省鋼材。

9 結(jié)語

綜上所訴，合理選擇柱距、梁尺寸、鋼材型號、荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，才能設(shè)計出安全、經(jīng)濟、合理的門式剛架。