門式剛架輕型房屋鋼結構的設計要求

邢臺市建筑設計研究院 侯利鋒

門式剛架輕型房屋鋼結構的設計要求

邢臺市建筑設計研究院 侯利鋒

近年來,門式剛架輕型房屋鋼結構體系作為輕型房屋鋼結構工業建筑和民用建筑的主要結構形式之一,已經得到廣泛的應用。本文對門式剛架輕型房屋鋼結構的設計要求進行了探討。

門式剛架輕型房屋鋼結構設計

一、門式剛架輕型房屋鋼結構的特點

(1)構造簡單,材料單一。容易做到設計標準化定型化,構件加工制作工業化,所以現場安裝預制裝配化程度高。(2)自重輕。降低了基礎材料用量;減少構件運輸、安裝工作量;并且有利于結構抗震。(3)施工工期短。構件標準定型裝配化程度高,所以現場安裝簡單快速,現場沒有濕作業,現場安裝不受氣候影響。(4)可以滿足多種生產工藝和使用功能的要求。(5)輕鋼結構建筑屬于環保性、節能性產品,廠房可以搬遷,材料可以回收。(6)造價相對較便宜。隨著我國鋼產量的增加,鋼材價格的下調,競爭的激烈,輕鋼結構建筑與同類磚混結構建筑相比,造價持平或略低。

二、門式剛架輕型房屋鋼結構的主要結構形式

門式剛架輕型房屋鋼結構是一種有效利用材料的結構形式。由于構件尺寸較小,房屋高度相應降低,建筑體積和重量減小。剛架構件可以在工廠批量化和標準化生產,工地采用高強螺栓安裝連接,簡便而迅速,施工工期短,社會效益和綜合經濟效益明顯。同時,門式剛架輕型房屋鋼結構造型簡潔美觀,改擴建容易,一般設計、制作和安裝一體化,在房屋建筑中適用性強。

1.門式剛架的結構形式

門式剛架輕型房屋鋼結構的結構布置較為靈活,可以滿足各種使用功能的廠房設計要求。其選用的形式也較多,從結構的跨度可以分為:單跨、雙跨、多跨和高低跨;從截面形式可以分為:實腹式和格構式;從是否帶吊車可以分為:帶吊車結構和不帶吊車結構;從屋面坡度可以分為:單坡和雙坡。本文主要研究單跨、雙跨、三跨和帶吊車和不帶吊車等幾種結構形式。

2.門式剛架的主要結構組成

(1)剛架:在門式剛架房屋結構中,承重結構一般采用三塊鋼板焊成的H形截面實腹式剛架,結構柱與梁工廠制作,現場采用高強螺栓連接。(2)吊車梁:由于門式剛架輕型房屋鋼結構多采用中、輕級工作級別單梁吊車或是電動葫蘆,其噸位一般不大于20噸,吊車梁通常采用加強上翼緣的實腹式工形截面梁,以承擔吊車橫向水平制動力的要求。(3)抗風柱:門式根據輕型房屋鋼結構中的抗風柱主要承受兩種荷載:墻板自重和水平風荷載。相比較而言,水平風荷載對抗風柱的影響遠大于墻板自重,一般下端與基礎鉸接,上端與屋面梁通過彈簧板連接。(4)屋面和墻體:多采用輕質高強屋面材料,如各種型式的彩色壓型鋼板等;對需要保溫的廠房,則可采用夾芯保溫板。這樣使整個廠房的自重大為降低。由于新型墻板柔性大,適應變形能力強,對結構的剛度要求也相對較低。(5)檁條和墻梁:檁條和墻梁多采用大斷面的冷彎薄壁型鋼,高度可達300mm,厚度達3.0mm。但當跨度大于12m時,采用實腹式檁條變得很不經濟或規格常受到限制,宜采用桁架式。檁條和墻梁不僅增加廠房的縱向剛度,而且傳遞縱向水平力。(6)支撐:支撐包括柱間支撐和屋面支撐。其布置及計算目前一般采用和普通鋼結構廠房相似的方式。(7)基礎:一般采用鋼筋混凝土獨立基礎、柱下條形基礎和樁基礎等幾種基礎形式。另外,壓型鋼板與橫梁、檁條(墻架梁)牢固連接所形成的應力蒙皮效應,可以提高剛架的穩定性,減少支撐的數量,從而節約鋼材。

三、輕型房屋鋼結構的設計要求

(1)主剛架:主剛架一般假設成平面結構,按彈性方法分析內力和變形。對于單層鋼結構工業廠房所要考慮的荷載是風荷載、雪荷載、吊車荷載、結構自重和屋面活載,地震作用基本不起控制作用。主剛架截面通常采用薄板和中厚板焊接的工形截面,腹板的高厚比在100以上,但較少布置加勁肋,按有效截面理論計算構件的強度,充分利用鋼材屈曲后強度,鋼板厚度基本不會超過20mm。主剛架的梁柱構件常采用變截面,在彎矩較大的部位加大腹板的高度或加腋,使構件的截面材料得到充分利用。設計時可考慮檁條和墻梁對主體剛架的平面外穩定作用,或加隅撐進一步提高主結構的整體穩定性。(2)吊車梁:門式剛架輕型房屋鋼結構多采用20噸以下的中、輕級工作級別吊車,由于輕型鋼結構廠房中的吊車產生的橫向荷載比較小,一般不需要設置制動結構,采用加強受壓翼緣方式提高吊車梁的整體穩定性,吊車梁的上翼緣與腹板采用熔透對接焊縫連接,下翼緣與腹板采用角焊縫連接。(3)抗風柱:抗風柱的上端采用彈簧板與剛架梁相連,下端設置單獨的基礎,彈簧板由一塊鋼板折疊而成,豎向剛度很弱,上部的鋼架梁可以自由變形,節點不傳遞豎向力。在水平方向彈簧板不容易發生變形,剛度很大,能夠保證水平荷載的傳遞。抗風柱的柱腳節點同正常鋼柱的柱腳,分剛接和鉸接兩種形式。而對門式剛架輕鋼結構的抗風柱來說,采用什么樣的柱腳節點對抗風柱的設計影響不大,但對于基礎的設計則非常關鍵。(4)檁條、墻梁:輕鋼房屋結構房屋的屋面和墻面結構主要是采用冷彎薄壁型鋼,按簡支梁設計,可利用墻板和屋面板的約束作用保證其側向穩定性。(5)支撐體系:此外,還要設計山墻抗風柱和屋(墻面)支撐。輕型房屋鋼結構的支撐多為單角鋼或圓鋼交叉支撐,按拉桿設計,如有特殊需要也可采用人形支撐。(6)基礎:根據上部結構的傳遞的基礎反力和地質資料設計基礎,為保證基礎的整體穩定性和減小基礎的偏心矩,通常設置基礎地梁。基礎設計中要考慮多臺多跨吊車荷載對基礎的不利影響,過大偏心距的設計和柱腳抗剪設計。(7)輕型房屋鋼結構的現場連接主要螺栓連接,主剛架結構采用高強度螺栓,支撐和屋(墻)面結構采用普通螺栓。

[1]劉承宗,周志勇.我國輕鋼建筑及其發展問題探討.工業建筑,2007,30(4)

[2]弓曉蕓.輕鋼結構建筑的應用及發展.工業建筑.2007,30(5)

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