混凝土柱輕鋼屋面的大跨度廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

錢 倩

中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司

1 引言

當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。鋼筋混凝土柱實(shí)腹鋼梁結(jié)構(gòu)中的豎向構(gòu)件主要是使用到鋼筋混凝土構(gòu)建，而其屋面則應(yīng)用到鋼梁輕型屋面體系，其與成熟結(jié)構(gòu)體系不同，有著施工方便輕鋼門式鋼架跨度大混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性好等的優(yōu)勢(shì)。

2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)常規(guī)安裝施工方法

2.1 散裝高度法

高點(diǎn)蝕法首先在地面設(shè)置臨時(shí)支柱，然后利用重型設(shè)備將桿懸掛到適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)位置，然后將整個(gè)結(jié)構(gòu)安裝方法捆綁到已安裝的臨時(shí)支柱上。最暢銷的方法有所有的支架和懸掛方法。整體拼寫法通常用于批量拼寫。對(duì)于較小的拼寫單位，使用掛起方法。由于高等級(jí)狩獵法的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于大型重型運(yùn)輸設(shè)施來說是不必要的，因此可以適應(yīng)重載能力較弱或在高處完成裝配時(shí)運(yùn)輸困難的山區(qū)。

2.2 分區(qū)或分塊安裝

隔板或塊體附件縱向或縱向分為若干個(gè)條狀單元，沿兩個(gè)或兩個(gè)以上方向分為兩個(gè)塊體，將這些單元體組裝在地面上，然后懸掛在重型設(shè)備的相應(yīng)位置上，整個(gè)結(jié)構(gòu)懸掛在桁架上，網(wǎng)格和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。這種方法使大多數(shù)拼寫工作在地面上進(jìn)行，保證了質(zhì)量，節(jié)省了大多數(shù)臨時(shí)支持，節(jié)省了時(shí)間，降低了成本。

2.3 滑動(dòng)高度

高度滑動(dòng)法是將分割好的條形單元沿軌道預(yù)先或單獨(dú)存放，然后移動(dòng)到相應(yīng)的位置，將整個(gè)附著方法捆綁起來。采用這種方法，結(jié)構(gòu)的安裝可以與下部的其他工作并行進(jìn)行，縮短了工期。同時(shí)，在地面完成拼字后，條形單元懸掛在平臺(tái)的滑軌上。玫瑰的部分可以直接掛在平臺(tái)上拼寫。因此，這種方法不貴也不貴。民間建筑。

2.4 整體安裝方法

整體安裝法是將結(jié)構(gòu)成型后直接安裝在地板上，將結(jié)構(gòu)送至設(shè)計(jì)位置的方法。由于這種方法是在地面完成裝配工作，便于保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量，不需要高裝配支架，在高處作業(yè)危險(xiǎn)性較小。根據(jù)使用設(shè)施的不同，這種方法也可分為整體懸掛法、整體提升法和整體頂部提升法。

（1）整體懸掛法：為了將使用一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器形成的結(jié)構(gòu)提升到設(shè)計(jì)位置，這種方法要求提升能力高，需要同時(shí)懸掛多個(gè)懸掛設(shè)備，技術(shù)難度大。

（2）整體提升法：利用安裝在筒體內(nèi)的小型設(shè)備，將落板、液壓千斤頂?shù)瘸尚徒Y(jié)構(gòu)提升至設(shè)計(jì)位置。這項(xiàng)方法不需要大型機(jī)械。所需工具和安裝工具簡單、穩(wěn)定性高、同步性高、施工安全。

（3）整體頂升法：利用建筑物承重柱作為頂升的支撐結(jié)構(gòu)，將千斤頂組成的結(jié)構(gòu)提升至設(shè)計(jì)高度。功能與整體提升方式相同。安裝位置不同。提升方法安裝在結(jié)構(gòu)的上部。頂升法安裝在結(jié)構(gòu)下方。

3 大跨度鋼結(jié)構(gòu)新型安裝施工方法

近幾年來，隨著鋼結(jié)構(gòu)向大跨度、高海拔、體面的生產(chǎn)方式發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的安裝難度越來越大，對(duì)施工技術(shù)的要求也越來越高。上述簡單的普通施工方法已難以滿足現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的施工要求。針對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)，研究了幾種新型的安裝方法，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.1 “頂進(jìn)”頂進(jìn)施工方法

穹頂結(jié)構(gòu)雖然歷史悠久，但現(xiàn)代箱形結(jié)構(gòu)和空間橋臺(tái)結(jié)構(gòu)充分利用了穹頂結(jié)構(gòu)的三維特性，穹頂?shù)目臻g是施工安裝的障礙，并提出了在生產(chǎn)和安裝過程中，臨時(shí)拆除穹頂這一三維特征的施工方法。

穹頂施工法的核心思想是，通過臨時(shí)拆除桿件，在結(jié)構(gòu)中放置單軸鉸鏈，并在施工中折疊，使穹頂結(jié)構(gòu)在建筑的某一時(shí)刻發(fā)生幾何變化，而結(jié)構(gòu)可以在地面上組裝，也可以在相對(duì)較低的高度想躋身其中的第一人祝你幸福美滿。不僅結(jié)構(gòu)體而且內(nèi)部安裝，機(jī)電設(shè)備都可以在低空安裝。之后，使用吹氣裝置升高圓頂內(nèi)的氣壓，或使用頂部裝置（如千斤頂）將其升高至預(yù)定高度。當(dāng)結(jié)構(gòu)達(dá)到最終形式時(shí)，將施工中臨時(shí)拆除的杠桿固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫麄€(gè)結(jié)構(gòu)就完成了。該法具有速度快、造價(jià)低、可靠可靠、施工質(zhì)量易于保證等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 褶皺整體延伸

目前，采用國內(nèi)推廣方式和整體頂升方式，對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝操作越來越普及。但是，這兩種方法僅適用于平板網(wǎng)籃或相對(duì)扁平的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，因?yàn)橹挥性谡蛊胶驼{(diào)平過程中，內(nèi)部點(diǎn)之間沒有相對(duì)位移，且曲率大且太高，網(wǎng)架和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不可取。日本教授川口博士提出了一種更實(shí)用的方法來構(gòu)造雙曲網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。該法是一種新型的殼體施工方法，其基本思想類似于“登頂”的施工原則。它拆除了一部分桿結(jié)構(gòu)，并倒塌在地上。然后，通過提升設(shè)備將折疊式腹板結(jié)構(gòu)提升至設(shè)計(jì)高度。為了彌補(bǔ)最后缺失的部分，整個(gè)建設(shè)過程是一個(gè)從機(jī)制上進(jìn)行結(jié)構(gòu)變革的過程。

3.3 少數(shù)支架的高揚(yáng)程裂開法

對(duì)于跨度大、高度高、覆蓋面積大的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的全支撐安裝方式造價(jià)昂貴，腳手架造價(jià)高，加拆腳手架耗時(shí)長，時(shí)間和成本不可避免地高。

支架高位懸掛的方法是采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)集中荷載的承載能力高，自身剛度大，穩(wěn)定性好。利用該法，對(duì)少量支架采用傳統(tǒng)安裝方法進(jìn)行初始安裝，并建立3-4目結(jié)構(gòu)，保證其具有恒定的剛度和承受后續(xù)施工荷載。與傳統(tǒng)的滿堂支架安裝方式相比，可以大大減少腳手架的數(shù)量，同時(shí)可以在地面進(jìn)行立體交叉作業(yè)，大大降低施工成本，縮短工期。

3.4 總彎曲法

柔性結(jié)構(gòu)采用全繩施工法，繩索結(jié)構(gòu)和索網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用常規(guī)的斜坡施工法進(jìn)行繩索結(jié)構(gòu)施工。整體張拉法是將繩索結(jié)構(gòu)向上拉至整個(gè)地面，用液壓千斤頂將繩索結(jié)構(gòu)向上拉至具有圓周剛度的聯(lián)軸節(jié)，再向上拉整個(gè)結(jié)構(gòu)的施工方法。這種方法避免了高成本作業(yè)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少了臨時(shí)支架的拆除量，節(jié)省了時(shí)間，降低了成本，更重要的是，構(gòu)件的位移和變形在整體改進(jìn)過程中有可能準(zhǔn)確有效地控制受力狀況。

4 選擇安裝施工方法的原則

傳統(tǒng)的大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝方法已經(jīng)比較成熟，具有廣泛的應(yīng)用前景。大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)在采用這些安裝方法。根據(jù)結(jié)構(gòu)和條件選擇的方法不同。在選擇安裝方法時(shí)，首先要考慮具體的施工情況。當(dāng)施工場地狹窄或需要超越既有建筑物時(shí)，可選擇高空滑行法、整體提升法或整體提升法。而且，考慮到設(shè)施條件，可盡量利用現(xiàn)有設(shè)施，優(yōu)先選用中小型普通設(shè)備，從而降低成本。只對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)所處的角度進(jìn)行分析，高空推銷法最基本的設(shè)備是腳手架，滑行法最基本的動(dòng)力系統(tǒng)是人力拋車的人，或是葫蘆。頂置的最基本的機(jī)器是千斤頂頂置。從建筑經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來看，如果屋頂結(jié)構(gòu)、電力和通風(fēng)設(shè)備可以安裝在地板上，則可以降低成本，但是對(duì)設(shè)備的承載能力的要求（例如懸掛、提升等）會(huì)增加。對(duì)于體育場館、展覽館、劇院等下部裝飾設(shè)施的大型建筑，采用滑移法可同時(shí)進(jìn)行大跨度結(jié)構(gòu)施工和現(xiàn)場施工。盡管整個(gè)懸架需要大型起重機(jī)械，但安裝分隔塊所需的機(jī)器相對(duì)較小。

5 材料和構(gòu)件尺寸的選擇

（1）鋼材選用：常用Q235和Q345。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有利于過程控制和經(jīng)濟(jì)考慮使用單一的鋼品種?？刂茝?qiáng)度，可選Q345；控制穩(wěn)定，使用為宜。本文所討論的屋蓋結(jié)構(gòu)屬于輕鋼結(jié)構(gòu)。一般來說，Q235可以滿足要求。然而，應(yīng)注意的是，a型鋼不提供交貨條件下鋼的碳含量。因此，在荷載結(jié)構(gòu)上，不要采用Q235A的鋼材。

（2）構(gòu)件尺寸選擇：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，有必要對(duì)構(gòu)件的截面進(jìn)行初步估算。假定梁柱和支座的形狀和尺寸。鋼梁焊接可選用H型鋼截面。根據(jù)負(fù)載和座椅狀況，橫截面高度通常為/30~1/選擇40。翼緣寬度按梁間橫向支撐間距壓l。/如果確定B限值，可以避免復(fù)雜的鋼梁整體穩(wěn)定計(jì)算。在確定橫截面高度和翼緣寬度后，可以根據(jù)規(guī)范范圍內(nèi)局部穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)規(guī)律來估計(jì)板的厚度。

6 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在滿足地基荷載特征值的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)自然地基或獨(dú)立樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。采用天然地基時(shí)墻體的基礎(chǔ)。采用墻下基礎(chǔ)，并與柱下獨(dú)立基礎(chǔ)相連。當(dāng)柱的基礎(chǔ)是獨(dú)立樁的基礎(chǔ)時(shí)，圍護(hù)墻周圍的地基必須采用基礎(chǔ)梁的形式，基礎(chǔ)梁的計(jì)算可以采用由墻梁計(jì)算的彈性連續(xù)梁法。

7 支撐及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

柵欄的設(shè)計(jì)可以用框架結(jié)構(gòu)的柵欄來完成，因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以用框架結(jié)構(gòu)來計(jì)算。由于抗震要求，安裝了環(huán)和構(gòu)造柱，特別注意圍欄和柱與構(gòu)造柱的連接。一般懸索結(jié)構(gòu)的柱間支撐受風(fēng)荷載和吊車荷載的計(jì)算方法可用于柱支撐的設(shè)計(jì)計(jì)算。

8 屋面輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

屋蓋結(jié)構(gòu)支撐體系包括屋蓋支撐、紫檀桿、桿件計(jì)算和布置，可按《門式剛性輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CBCS102:2002）的要求進(jìn)行布置和設(shè)計(jì)。詳細(xì)的公式有詳細(xì)的規(guī)格說明。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式要有足夠的思考和確定。

鋼梁與混凝土柱的連接節(jié)點(diǎn)：可采用錨固連接方式，鋼梁不能用切割鍵切割，可通過鋼架下緣與混凝土的摩擦切割。錨桿的設(shè)計(jì)可根據(jù)柱的剪應(yīng)力按預(yù)埋剪彎或彎曲計(jì)算。

鋼梁中部縫合節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)：采用摩擦式或壓力式高強(qiáng)螺栓連接，該節(jié)點(diǎn)有兩種計(jì)算方法。一種是認(rèn)為螺栓組的旋轉(zhuǎn)形狀位于節(jié)點(diǎn)板的中心。螺栓垂直排列。根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的彎矩和沖孔規(guī)計(jì)算高強(qiáng)度螺栓的內(nèi)部強(qiáng)度。另一種是陳勝教授提交給博爾特的底部螺栓中心的計(jì)算方法。

9 設(shè)計(jì)中的問題

采用混凝土柱輕鋼屋蓋結(jié)構(gòu)形式的目的是節(jié)約成本，如果鋼材截面過大，成本也相應(yīng)高。此外，隨著跨度的增大，鋼筋對(duì)混凝土柱產(chǎn)生的水平推力隨著跨度的增大而逐漸增大，混合土柱的尺寸、節(jié)點(diǎn)的尺寸和基礎(chǔ)的尺寸也有很大的影響。現(xiàn)在，工廠的門式鋼架最大跨度可達(dá)70m左右，但整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)。混凝土模型和混凝土柱鋼梁是不同的。我們建議這樣的跨度不應(yīng)超過30m。

10 結(jié)束語

因此，采用混凝土柱鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的工廠越來越多。根據(jù)各國的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)習(xí)慣，一定會(huì)有不同的意見。這在本文中只是一個(gè)家族的說法。許多設(shè)計(jì)師希望能在類似的設(shè)計(jì)過程中有所幫助。