關(guān)于輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些想法

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在一些工業(yè)和民用建筑中輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，深受人們的青睞。鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)以其質(zhì)量好、造價(jià)低、自重輕、施工周期短、可再利用、利潤(rùn)豐厚等六大優(yōu)勢(shì)，吸引了一大批企業(yè)進(jìn)入該行業(yè)。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)改革開(kāi)放政策的實(shí)行和推進(jìn)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。本文對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了相關(guān)的研究與論述。

關(guān)鍵詞：輕型鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 抗風(fēng)柱

隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的迅速發(fā)展和機(jī)械化程度的日益提高，輕型金屬板材及其配套的門式剛架等系列輕型鋼結(jié)構(gòu)已得到了較為廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，建筑鋼材、連接技術(shù)及加工、安裝技術(shù)也進(jìn)一步達(dá)到了系列配套的要求。然而，當(dāng)今鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)隊(duì)伍素質(zhì)良莠不齊，時(shí)有“家庭作坊”式的鋼結(jié)構(gòu)隊(duì)伍充斥其中，對(duì)一般鋼結(jié)構(gòu)加工及安裝知識(shí)了解甚少，致使在一些工程中發(fā)生工程質(zhì)量隱患和質(zhì)量事故。加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)隊(duì)伍素質(zhì)的提高，已成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。

1、荷載

一般情況下，單層輕型鋼結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載體型系數(shù)按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（ECS102：2002）取用被認(rèn)為是安全的，對(duì)于對(duì)風(fēng)荷載較為敏感且有吊車的建筑應(yīng)引起高度的重視。比較《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（ECS102：2002）和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）兩本規(guī)范計(jì)算所得風(fēng)荷載效應(yīng)，不能簡(jiǎn)單從兩本規(guī)范的體型系數(shù)上進(jìn)行比較，應(yīng)將兩者的彎矩組合設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，選擇比較合理的結(jié)果作為剛架截面設(shè)計(jì)的依據(jù)。對(duì)于檐口、雨篷和屋面局部凸出部分的風(fēng)荷載的取值應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB500 09-2 001）第7.3.3的取值來(lái)驗(yàn)算。設(shè)計(jì)中恒荷載應(yīng)按實(shí)際情況進(jìn)行取值，不能偏小，也不應(yīng)任意加大。恒荷載偏小引起結(jié)構(gòu)不安全，這是大家都知道的，故一般情況下極少出現(xiàn)這種情況。而任意加大恒荷載同樣會(huì)引起結(jié)構(gòu)的不安全，在風(fēng)荷載參與組合的情況下，由于風(fēng)荷載的作用方向一般與屋面荷載作用方向相反在風(fēng)荷載工況下框架梁常出現(xiàn)上部翼緣受拉、下翼緣受壓的情況，不按實(shí)際情況任意加大恒荷載反而會(huì)偏于不安全。

2、屋面板及檁條設(shè)計(jì)

屋面板和檁條的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在通常是檁條等間距布置，檁條對(duì)屋面板是等跨支座，例如跨度15m以上的剛架多為雙坡，每坡屋面板在7．5m以上。根據(jù)檁條布置，屋面板多按5跨等跨連續(xù)梁設(shè)計(jì)，其結(jié)果是屋面板端跨的跨中彎矩比中跨的跨中彎矩大很多，按端跨跨中彎矩選用屋面板，則中跨屋面板不能充分發(fā)揮作用。對(duì)檁條的線荷載又以屋面板的第二支座反力為依據(jù)，第二支座反力是5跨連續(xù)板中反力最大的支座，以此反力設(shè)計(jì)檁條，此時(shí)只有屋面板第二支座的檁條能充分發(fā)揮作用，中跨支座檁條承載力富裕很多，不能充分發(fā)揮作用。

為此建議檁條采用不等跨布置，檁條的布置在屋面板端跨處間距減少而中跨處間距放大使屋面板的端跨彎矩和中間跨彎矩比較接近，或由于檁條不等跨布置使屋面板支座反力比較接近，這樣能充分發(fā)揮屋面系統(tǒng)的材料性能，降低單位用鋼量，降低造價(jià)。一般工程的屋面系統(tǒng)用鋼量占總用鋼量的比例較大，所以這樣處理效果較好。檁條采用不等跨布置，相應(yīng)的檁托布置不等距，檁條拉桿長(zhǎng)度也會(huì)不等，只要認(rèn)真施工，是可以滿足設(shè)計(jì)要求的。

3、柱間支撐設(shè)計(jì)

關(guān)于柱間支撐的設(shè)置，一些輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房中的柱間支撐多為角鋼剪刀撐，每一肢均同時(shí)滿足受壓和受拉的長(zhǎng)細(xì)比要求，因此設(shè)計(jì)的柱間支撐截面較大。輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)多為壓型鋼板加保溫材料，對(duì)廠房的柱頂位移限值放得很寬，并且吊車噸位不超過(guò)20t，縱向水平剎車力也較小，盡管還有風(fēng)載，個(gè)別地區(qū)還有地震作用，設(shè)剪刀式鋼筋拉桿代替角鋼剪刀撐，剪刀式鋼筋拉桿，只承受拉力，不考慮承受壓力。鋼筋直徑由縱向水平力之和設(shè)計(jì)確定，但要求必須設(shè)法將鋼筋拉緊，真正能夠傳遞縱向水平力。至于在一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中設(shè)幾道剪刀式鋼筋拉桿，由縱向水平力及鋼筋直徑確定，這樣給制作和安裝帶來(lái)很大方便。

4、高強(qiáng)度螺栓的選擇

輕鋼結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度螺栓，不少工程技術(shù)人員的概念中，一提及高強(qiáng)度螺栓就是摩擦型、承壓型。在鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接中，如樓面屋面荷載較大使螺栓連接處受剪切力較大時(shí)，利用摩擦型、承壓型高強(qiáng)度螺栓連接面處的摩阻力承受節(jié)點(diǎn)處的剪切力是有效的辦法。但在輕鋼門式剛架廠房中。由于屋面較輕，梁、柱連接處剪切力較小，其跨中的節(jié)點(diǎn)剪力往往更小，螺栓主要承受梁截面受彎時(shí)在螺栓軸向產(chǎn)生的拉力，而剪力往往較小。

如門式鋼架接近柱頂處彎矩值很小，彎矩零點(diǎn)處時(shí)。剪力較柱頂處小，由于屋面很輕，因此其剪力很小。柱頂處，在均布荷載作用下為跨中最大彎矩。但其剪力趨近于零。

此時(shí)，兩節(jié)點(diǎn)剪力均很小，不必靠摩擦面承受剪力。因此不必用摩擦型或承壓型高強(qiáng)螺栓?？梢圆捎脧?qiáng)度較高的普通螺栓承受拉力與承受剪力，采用普通螺栓的擰緊方法，擰緊螺栓。此時(shí)螺栓承受很小的剪力，主要承受彎矩產(chǎn)生的拉力。輕鋼規(guī)程中說(shuō)明螺栓連接強(qiáng)度設(shè)計(jì)值在普通螺栓中給出了8．8級(jí)螺栓的抗拉、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，適應(yīng)了目前輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的螺栓連接要求，是非常及時(shí)的。

5、主鋼構(gòu)材質(zhì)的選擇

關(guān)于輕型剛架材質(zhì)問(wèn)題，在建設(shè)單位的招標(biāo)文件上，經(jīng)常見(jiàn)到要求剛架材質(zhì)為Q345，而且這種要求高強(qiáng)度材料的標(biāo)書(shū)也越來(lái)越多，建設(shè)單位認(rèn)為材質(zhì)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度越高就越省鋼材，就會(huì)降低工程造價(jià)。這種認(rèn)識(shí)有局限性，不是普遍規(guī)律。因?yàn)閯偧艿慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅要進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，而影響設(shè)計(jì)的因素也較復(fù)雜，例如跨度、高度、地震烈度、風(fēng)載、靜載、是否有吊車、吊車噸位等，所以材料強(qiáng)度越高就越省鋼，這種認(rèn)識(shí)是不全面的。一般說(shuō)非地震區(qū)的建筑風(fēng)載較小且跨度較大時(shí)，其構(gòu)件內(nèi)力較大，是強(qiáng)度控制，材質(zhì)強(qiáng)度高會(huì)降低用鋼量，建筑物造價(jià)會(huì)下降；當(dāng)抗震設(shè)防烈度較高且風(fēng)載較大時(shí)，往往是變形較大由剛度控制，材質(zhì)強(qiáng)度再高，也需保持足夠的構(gòu)件截面，才能有足夠的剛度以滿足變形要求，這時(shí)材質(zhì)強(qiáng)度高反而建筑物造價(jià)會(huì)提高，造成不必要的浪費(fèi)。

6、結(jié)語(yǔ)

要做好輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)工作，必須從概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)造措施等各方面考慮，做到方案正確、模型合理、措施得當(dāng)，以保證結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。以上僅為設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)體會(huì)，愿起到拋磚引玉的作用，從大局著眼，從細(xì)處入手，把輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做得更合理。

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