门式刚架轻型房屋钢结构设计要点探析郝继威 中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司建筑二所 摘要：随着社会的发展，生产力水平的提高，我国钢产量的不断提高、品种不断丰富。彩色压型钢板生产的迅速发展，为轻型钢结构房屋的发展奠定了良好的物质基础。轻型钢结构房屋具有跨度大、空间大、用钢量少、造价低廉、施工方便易安装、施工周期短、施工污染环境少、建筑造型简洁美观、以及可回收利用等优点，在工业厂房、仓库、展览厅等工业与民用建筑中得到越来越多的应用和发展。 关键词：轻型钢结构；门式刚架；设计要点 一、门式刚架结构的形式及特点门式刚架结构是梁、柱单元构件的组合体，是柱与直线型、弧线型、折线型横梁刚性连接的承重骨架体系。其形式种类繁多，在单层厂房及仓库中，应用较多的为单层单跨，双跨或多跨的双坡门式刚架，它可根据通风、采光的需要设置天窗、通风屋脊和采光带等。门式刚架的整个构件横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，从而降低房屋的高度，减小建筑体积，在建筑造型上也较简洁美观，其次，刚架构件的刚度较好，其平面内、外的刚度差别较小，为制作、运输、安装提供有利的条件。 1、门式刚架的结构形式。门式刚架的结构形式多种多样。按构件体系分，有实腹式与格构式；按横截面组成分，有等截面与变截面。实腹式刚架的横截面一般为H型，少数为Z型；格构式的横截面为矩形或三角形；按结构选材分，有普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊成。 2、门式刚架结构的特点。与传统的单层厂房相比，这种结构的特点有： 2.1 便于拆迁，可用于临时建筑，这是其突出的特征。 2.2 屋面板采用压型钢板轻型屋面、由于屋面轻了，支承它的结构也很轻。至于外墙，用砖墙对隔热和降低造价有利，但对结构的侧移要求较严，外观也较差，因此还是用钢墙板者居多。 2.3 刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比。除腹板高度变化外，厚度也可根据需要变化，上下翼缘可用不同截面，相邻单元的翼缘也可采用不同截面，充分做到材尽其用。 2.4 刚架的腹板可按有效宽度设计，允许失稳并可利用屈曲后强度。这样，腹板的高厚比可做得比按现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定的大，宜即腹板厚度可比一般钢构件薄。 2.6 支撑可做得很轻便。由于构件轻，支撑用张紧的圆钢即可满足要求，因刚腹板允许失稳，可将支撑直接连在腹板上，省去很多节点板。 二、门式刚架轻型房屋钢结构设计要点1、屋面活荷载取值。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定，当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取0.5kN/m2，对受荷水平投影面积超过60平方米的刚架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3kN/m2。对荷载效应组合还必须满足以下条件：不需要同时考虑雪荷载和屋面均布活荷载，两者中取最大的即可；同时考虑屋面均布活荷载和雪荷载两者中的较大值和积灰荷载；屋面材料或檩条自重以外的其它荷载不与检修或者施工集中荷载同时考虑；多台吊车的组合应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定；不需要同时考虑地震作用和风荷载。 2、斜梁设计过程中计算长度的取值。在屋面坡度比较小的时候，刚架平面内可以按照钢结构设计规范的规定下按压弯构件计算强度。当斜梁轴力小的时候，在刚架平面内，计算长度可近似取竖向支承点间的距离。在屋面坡度比较大的时候，在刚架平面内外轴力对稳定性的影响不能忽略。在计算平面外计算长度时，一般取侧向支撑点距离。屋面系杆支撑系统的约束作用、隅撑与檩条共同对受压翼缘的作用、屋面板和檩条对上翼缘的约束作用等方面约束着钢梁上下翼缘。计算过程中，平面外计算长度取受压翼缘侧向支撑点的最大距离。隅撑处是平面外的一个侧向支撑点，当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。 3、构件的挠度问题。当门式刚架斜梁只有冷弯型钢檩条和支承压型钢板屋面时，门式刚架斜梁的竖向挠度限值为L/180(有悬挂起重机时取L/400，有吊顶时为L/240，其中L为构件的跨度)。在结构跨度较大的时候，在一定荷载情况下，挠度值控制着构件截面尺寸。一些设计师忽略了控制挠度，只认识结构设计强度满足就行了。而实际上挠度除了影响建筑的正常使用还影响着其他很多方面，比如在屋面排水坡度较小的时候，挠度大了会造成屋面积水，甚至漏水，更甚至保温棉渗水而造成屋面荷载变大给结构的安全带来威胁。在设计的时候，可以加设摇摆柱来去除挠度的控制作用，降低由于挠度控制导致截面出现过大的问题，另外，在刚架跨度过大，挠度很难控制的时候也可采取这种办法。 4、结构形式及布置方面。门式刚架轻型房屋钢结构设计时，外墙通常采用冷弯薄壁型钢墙梁和压型钢板墙面板，主刚架可采用变截面实腹刚架，屋盖通常采用冷弯薄壁型钢檩条和压型钢板屋面板。根据跨度、高度和荷载的不同，采用等截面实腹焊接丁字形截面或变截面或轧制H形截面。在门式刚架厂房中，有单梁式吊车的，柱一般采用等截面构件，有桥式吊车的，柱一般采用变截面构件。无吊车的门式刚架厂房中，柱脚的设计一般按铰接设计，有吊车的，柱脚的设计一般按刚接设计。柱脚采用铰接可以避免柱脚刚接使柱底弯矩过大而出现的基础计算增大而引起的基础混凝土方面造价增大的问题，而且柱脚铰接方便制作，所以柱脚能铰不刚，但对于有重吊车厂房，为了使吊车平稳运行应采用刚接柱脚。工业厂房中屋面通常使用压型钢板夹岩棉保温板，对于有隔热要求的屋面，使用隔热卷材来做保温层达到隔热的效果。 结束语：随着门式刚架钢结构在工业与民用建筑中的广泛应用，提高钢结构工程设计水平显得日益重要。对越来越多从事轻型房屋钢结构工程设计工作的从业人员，除要求掌握专业理论知识外，还必须了解轻型房屋钢结构工程的制作安装工艺、现场环境和相关情况，更深入地理解和掌握规范，只有通过精心和合理的设计，才能使轻型房屋钢结构得到更大的发展。 参考文献： [1]胡宝琳等.轻型钢结构厂房的设计与研究，钢结构，2004(5) [2]鲁莉，梁发云.轻钢结构设计中几个常见错误分析，建筑结构，2004(7) |
|
|
