輕型門(mén)式剛架設(shè)計(jì)中鋼號(hào)的合理選擇

段志鵬

（山西國(guó)控環(huán)球工程有限公司，山西 太原 030000）

在工程實(shí)踐之中輕型門(mén)式鋼架呈現(xiàn)出了整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力傳遞方向明確，建筑施工工期短等一系列優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而在各種類(lèi)型的建筑物之中得到了非常廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行輕型門(mén)式鋼架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主體結(jié)構(gòu)的的材料選擇對(duì)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和使用的安全性具有非常重要的影響。在國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)中通常使用的輕型門(mén)式鋼架是由Q235B鋼和Q345B鋼制作而成。實(shí)際上我國(guó)的輕型門(mén)式鋼架設(shè)計(jì)人員也主要以這兩種鋼材為原料進(jìn)行輕型門(mén)式鋼架的設(shè)計(jì)。這兩種鋼材在機(jī)械性能和力學(xué)性能上都具有較大的差異，兩者的屈服強(qiáng)度存在一定的差異，其中Q235B的屈服強(qiáng)度低于Q345B的屈服強(qiáng)度，但是在使用的過(guò)程之中Q235B的延展性遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于Q345B的延展性。在受力較大，可能存在較大變形和一定位移的輕型門(mén)式鋼架設(shè)計(jì)之中通常選用Q235B。對(duì)于對(duì)靜態(tài)承載能力有著更高要求的輕型門(mén)式鋼架則一般選擇Q345B型鋼材，其屈服強(qiáng)度高，靜態(tài)承載能力更強(qiáng)。在進(jìn)行輕型門(mén)式鋼架的設(shè)計(jì)過(guò)程之中鋼號(hào)的選擇對(duì)輕型門(mén)式鋼架的整體經(jīng)濟(jì)性和安全性都產(chǎn)生了非常重要的影響，因此鋼號(hào)的選擇是輕型門(mén)式鋼架設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。

1 無(wú)吊車(chē)載荷

在設(shè)計(jì)的過(guò)程之中為了增強(qiáng)設(shè)計(jì)的實(shí)際意義，選擇一個(gè)真實(shí)存在的應(yīng)用場(chǎng)景。該項(xiàng)目為建設(shè)一單跨雙坡的工業(yè)用廠房，柱距大小為7.5米，整體的跨度為24米，屋面的坡度為i=10%，其需要的輕型門(mén)式鋼架的長(zhǎng)度為75米，寬度為24米?；驹O(shè)計(jì)條件參考國(guó)家規(guī)定的相關(guān)行業(yè)規(guī)范。

在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程之中采用了抗震的構(gòu)造即在水平方向上增加了系桿，并在水平面上設(shè)置了支撐，在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)柱之間也設(shè)置了支撐，有效的減少了梁柱之外其他部分構(gòu)件的長(zhǎng)度計(jì)算。依據(jù)這一工業(yè)廠房的實(shí)際布置情況取鋼梁平面之外的長(zhǎng)度為3米，取鋼柱平面外長(zhǎng)度為6米。對(duì)相關(guān)的主要鋼架結(jié)構(gòu)分別采用Q235B型鋼材和Q345B型鋼材進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算。設(shè)定構(gòu)成鋼架的各個(gè)部件的應(yīng)力比為0.9在進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程之中借助的相關(guān)信息如下：

采用的設(shè)計(jì)規(guī)范為最新發(fā)布的相關(guān)規(guī)范，在設(shè)計(jì)的過(guò)程之中選定0.8為周期折減系數(shù)，三級(jí)抗震能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程之中設(shè)定檐口和鋼柱之間采用剛性連接的方式，以1：60的比例控制鋼柱的頂部位移和高度；以1：180的比例控制梁的撓度和跨度；選定180的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各個(gè)受壓構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的控制；選定300的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行受拉構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比控制。在設(shè)計(jì)中鋼梁的截面為分段變截面，鋼柱的截面為工字形。當(dāng)選用Q235B時(shí)經(jīng)計(jì)算可知主鋼架結(jié)構(gòu)的整體用鋼量為3685千克；當(dāng)采用Q345B型鋼材時(shí)經(jīng)計(jì)算可知整體鋼架的用鋼量為3501千克。

2 有吊車(chē)載荷

設(shè)定在上文論述的工程實(shí)例之中需要增設(shè)一臺(tái)自重為3噸的A3型吊車(chē)。該吊車(chē)的基本參數(shù)為最大起重量為15噸，最大跨度為22.5米，吊車(chē)上配備的起重機(jī)的最大重量為570千牛，其能夠產(chǎn)生的最大輪壓為142千牛，在運(yùn)行的過(guò)程之中出現(xiàn)的最小輪壓是66千牛。在設(shè)計(jì)的過(guò)程之中采用的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)信息如下：

采用的設(shè)計(jì)規(guī)范為最新發(fā)布的相關(guān)規(guī)范，在設(shè)計(jì)的過(guò)程之中選定0.8為周期折減系數(shù)，三級(jí)抗震能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程之中設(shè)定檐口和鋼柱之間采用剛性連接的方式，以1：60的比例控住鋼柱的頂部位移和高度；以1：180的比例控制梁的撓度和跨度；選定180的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各個(gè)受壓容件長(zhǎng)細(xì)比的控制；選定300的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行受拉構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比控制。在設(shè)計(jì)中鋼梁的截面為分段變截面，鋼柱的截面為工字形。當(dāng)選用Q235B時(shí)經(jīng)計(jì)算可知主鋼架結(jié)構(gòu)的整體用鋼量為4263千克；當(dāng)采用Q345B型鋼材時(shí)經(jīng)計(jì)算可知整體鋼架的用鋼量為3958千克。

3 分析比較

在進(jìn)行輕型門(mén)式鋼架的設(shè)計(jì)過(guò)程之中要對(duì)用鋼量進(jìn)行合理的控制，其核心在兩個(gè)方面：一是輕型門(mén)式鋼架的整體內(nèi)力分布情況；二是鋼梁和鋼柱截面的耦合性。在設(shè)計(jì)的過(guò)程之中通過(guò)對(duì)鋼柱和鋼梁的橫截面積的有效控制進(jìn)而控制輕型門(mén)式鋼架內(nèi)部慣性矩和內(nèi)力的分布情況。在設(shè)計(jì)的過(guò)程之中要強(qiáng)調(diào)從結(jié)構(gòu)整體和局部?jī)蓚€(gè)角度去分析和討論輕型門(mén)式鋼架的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等綜合機(jī)械性能和力學(xué)性能。不同類(lèi)型的工字鋼其翼緣的厚度，腹板的厚度等都存在一定的差距，這些細(xì)微的差距對(duì)整體結(jié)構(gòu)的慣性矩和內(nèi)力分布等產(chǎn)生了巨大的影響，在設(shè)計(jì)的過(guò)程之中控制截面積的核心實(shí)質(zhì)上就是控制工字鋼的翼緣厚度，腹板的厚度。我國(guó)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范在制定的過(guò)程之中遵循的基本原則是強(qiáng)化鋼柱的各項(xiàng)機(jī)械性能和力學(xué)性能，適當(dāng)?shù)娜趸摿航Y(jié)構(gòu)的機(jī)械性能和力學(xué)性能。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程之中考慮到對(duì)寬厚比和高厚比等因素的影響，其設(shè)計(jì)結(jié)果同上文之中的論述基本上趨于一致。兩種工況之下主鋼架的用鋼量存在的區(qū)別較小，在無(wú)載荷的情況下差距僅為184千克，在有載荷的情況下差距僅為305千克。在進(jìn)行鋼號(hào)選擇的過(guò)程之中還需要考慮到市場(chǎng)的因素即兩種剛材在市場(chǎng)之中的價(jià)格存在較大的差別。

4 結(jié)語(yǔ)

在工程實(shí)踐之中不同類(lèi)型的設(shè)計(jì)條件其設(shè)計(jì)方式存在較大的區(qū)別，文章的設(shè)計(jì)方式僅針對(duì)本文所述特定實(shí)例，論述的思想具備一定的參考借鑒意義，論述的內(nèi)容切勿生搬硬套到實(shí)際設(shè)計(jì)之中。