門式剛架輕型房屋的經(jīng)濟(jì)合理性設(shè)計(jì)

黃忠

[摘要]本文分析了門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)探討了控制含鋼量的主要因素以及風(fēng)吸力作用下檁條的設(shè)計(jì)與構(gòu)造。

[關(guān)鍵詞]門式剛架;鋼材鋼號(hào);跨度;柱距;風(fēng)吸力;檁條 文章編號(hào)：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0051 -01

1 引言

本文結(jié)合以往實(shí)際工程，介紹單層門式剛架控制含鋼量的主要因素以及如何有效的確保風(fēng)吸力作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 門式剛架的特點(diǎn)

（1）自重輕門式剛架圍護(hù)結(jié)構(gòu)為薄壁型鋼+壓型鋼板，自重很輕。鋼結(jié)構(gòu)自身負(fù)荷小，可以減少基礎(chǔ)費(fèi)用。

（2）力學(xué)性能好門式剛架特別適合大跨度結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的適用跨度一般要比混凝土結(jié)構(gòu)大，而門式剛架的跨度優(yōu)勢(shì)更明顯。門式剛架做36m跨度輕而易舉，而混凝土結(jié)構(gòu)要做36m跨度極難實(shí)現(xiàn)，且必須經(jīng)過(guò)專家論證方可實(shí)施。

（3）施工速度快剛架主體構(gòu)件及檁條、拉條均在工廠加工制作，現(xiàn)場(chǎng)多為螺栓連接，安裝速度快，質(zhì)量也好控制。

（4）造價(jià)低單層門式剛架廠房用鋼量在20～40k/m2，后期維護(hù)費(fèi)用也不高，比混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)。

3 門式剛架含鋼量的控制因素

門式剛架的用鋼量主要與結(jié)構(gòu)形式，建筑尺寸，負(fù)荷大小，鋼材級(jí)別等條件有關(guān)，其中建筑尺寸主要包括剛架的跨度，柱距，檐口高度和屋面坡度。本文主要探討鋼材鋼號(hào)，跨度，柱距三方面與門剛架含鋼量的關(guān)系，為以后更好的優(yōu)化工程設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。

3.1 鋼材鋼號(hào)對(duì)含鋼量的影響。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)門式剛架主要采用碳素鋼Q235和低合金鋼Q345兩種型號(hào)的鋼材，隨著建筑鋼材市場(chǎng)的發(fā)展和國(guó)家推薦使用高強(qiáng)度鋼材的政策調(diào)控，Q345鋼和Q235鋼價(jià)格差距越來(lái)越小，Q345鋼的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。

門式剛架主要由鋼柱和斜梁組成主要受力構(gòu)件。鋼梁的截面大小主要由屈服強(qiáng)度控制，鋼梁的平面外有屋面檁條和隅撐的支撐以及屋面壓型鋼板行成的蒙皮效應(yīng)，鋼梁穩(wěn)定性很容易滿足。Q345鋼的屈服強(qiáng)度約為Q235鋼的1.4倍，鋼梁采用Q345鋼對(duì)優(yōu)化含鋼量效果非常顯著。鋼柱的截面大小則主要由長(zhǎng)細(xì)比和穩(wěn)定性控制，Q345鋼柱的控制長(zhǎng)細(xì)比約為Q235鋼柱控制長(zhǎng)細(xì)比的80%，也就是說(shuō)同截面鋼柱的計(jì)算長(zhǎng)度采用Q345鋼比Q235鋼限制更加嚴(yán)格。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中一般對(duì)鋼柱平面外設(shè)置柱間支撐或剛性系桿來(lái)減小鋼柱計(jì)算長(zhǎng)度，比增大柱截面更合理更經(jīng)濟(jì)。因使用功能要求無(wú)法設(shè)置支撐和剛性系桿，采用高強(qiáng)度鋼對(duì)平面外穩(wěn)定性計(jì)算也是有利的，參見鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB5007 - 2003第5.2.2條。

根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，在荷載相同、跨度相同條件下，Q345門剛用鋼量較Q235門剛用鋼量少，且隨著荷載增加，用鋼量差值增大。

3.2門剛跨度對(duì)含鋼量的影響

門式剛架體系存在經(jīng)濟(jì)跨度，不宜盲目追求大跨度。常規(guī)門式剛架的經(jīng)濟(jì)跨度在18～ 30 m，根據(jù)吊車噸位大小合理選用。采用合理跨度可以節(jié)省鋼材，降低總造價(jià)。經(jīng)濟(jì)跨度的主要影響因素是荷載，因?yàn)楹奢d大則柱截面大，若跨度較小，柱用鋼量占比大，會(huì)使其單位用鋼量上升。若跨度太大，梁截面顯著增大，也會(huì)增加單位用鋼量。

對(duì)于多跨門式剛架，中間柱可以設(shè)為搖擺柱與鋼梁鉸接來(lái)減少用鋼量，但并不是搖擺柱的數(shù)量越多越經(jīng)濟(jì)，與邊柱較近的兩跨中間柱若設(shè)為搖擺柱，則會(huì)使彎矩傳遞至邊柱，邊柱截面設(shè)計(jì)很大，在經(jīng)濟(jì)上和使用功能上都很不合理。

3.3 門剛柱距對(duì)含鋼量的影響

通過(guò)不同柱距門式剛架的比較，可以發(fā)現(xiàn)，柱距小于7m時(shí)，用鋼量隨柱距的增大呈降低趨勢(shì)。柱距在7～9m內(nèi)，用鋼量變化很小。柱距超過(guò)9m后，用鋼量逐步上升。當(dāng)荷載條件相同時(shí)，各種跨度剛架體系的經(jīng)濟(jì)柱距基本相同，但跨度越大時(shí)，采用經(jīng)濟(jì)柱距的效益越顯著。

由此可見，對(duì)于常規(guī)門式剛架，其經(jīng)濟(jì)柱距一般為7m～9 m，采用合理的柱距可降低總造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

4風(fēng)吸力作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)

在風(fēng)吸力作用下，檁條下翼緣受壓，上翼緣拉條不能保證檁條下翼緣的穩(wěn)定。在半封閉型門式剛架廠房中，角部和邊緣區(qū)域的風(fēng)荷載體型系數(shù)比較大，檁條計(jì)算在風(fēng)吸力作用下的穩(wěn)定性很難滿足，即使是采用Q345鋼的檁條截面尺寸也不小。相對(duì)中間區(qū)域的風(fēng)吸力則較容易滿足，但檁條截面高度須設(shè)計(jì)同高，否則屋面很不美觀且嚴(yán)重影響屋面排水。圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要含鋼量就體現(xiàn)在檁條墻梁的截面上，因此純粹增大截面不經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)上常采取構(gòu)造措施保證下翼緣風(fēng)吸力作用穩(wěn)定性，即采用雙層拉條，在檁條下翼緣1/3處同樣設(shè)置拉條來(lái)約束。雙層拉條在施工上會(huì)稍有不便，但拉條僅占總含鋼量的2%～3%，當(dāng)風(fēng)吸力起控制作用時(shí)，設(shè)置雙層拉條比增大檁條截面要經(jīng)濟(jì)很多。

5結(jié)論

在門式剛架設(shè)計(jì)中若能結(jié)合工程特點(diǎn)和條件，合理選擇Q235鋼或Q345鋼，采用經(jīng)濟(jì)跨度和柱距，從而節(jié)約鋼材，降低造價(jià)，達(dá)到較高的經(jīng)濟(jì)效益。在風(fēng)吸力作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)檁條及墻梁采用斜拉條互拉的做法，值得在國(guó)內(nèi)大力推廣，有利于促進(jìn)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)進(jìn)度和工程普及。

參考文獻(xiàn)：

[1] CECS102： 2002.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[s].

[2] GB50017 -2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[s].