關(guān)于門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的針對(duì)性探討

【摘 要】本文在對(duì)門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)典型優(yōu)勢(shì)進(jìn)行詳細(xì)總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題。

【關(guān)健詞】門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；問(wèn)題探討

門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)由于具有建筑造型美、強(qiáng)度高、延性好、自重輕、施工速度快、用鋼量少等特點(diǎn)，在我國(guó)工程的建設(shè)中發(fā)揮了不可替代的作用。但是，門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)本身也有很多缺陷，例如抗側(cè)力較差，因利用后屈曲強(qiáng)度造成板件較薄等，這些問(wèn)題也使門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)成為工程事故多發(fā)的結(jié)構(gòu)，因此只有充分理解其體系特點(diǎn)和嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，才能真正使門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)成為既安全又經(jīng)濟(jì)適用的結(jié)構(gòu)。

1 門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)概述

1.1 門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)形式

輕鋼門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)形式多樣，主要有以下幾種：?jiǎn)慰纭㈦p跨、多跨剛架以及帶挑檐的剛架等（圖 1）。

1.2 門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)典型優(yōu)勢(shì)

門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)屬輕型鋼結(jié)構(gòu)的一種類(lèi)型，其結(jié)構(gòu)體系，簡(jiǎn)言之，是由門(mén)式剛架為承重結(jié)構(gòu)，配套輕型屋蓋和墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的支撐系統(tǒng)所組成的結(jié)構(gòu)體系。輕鋼結(jié)構(gòu)和其他材料的結(jié)構(gòu)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)。

1.2.1 自重輕。輕鋼框架結(jié)構(gòu)重量比很高，墻厚較薄，因此可以使房屋的跨度達(dá)到很大，鋼材可根據(jù)不同用途合理分配截面尺寸的高寬比，使用面積較其他結(jié)構(gòu)要提高很多。這種截面模數(shù)大，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和優(yōu)越的使用性能，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。輕鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，自重約為后者的一半。在工程設(shè)計(jì)中可以根據(jù)實(shí)際情況達(dá)到個(gè)性化的要求。

1.2.2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，抗震性能突出。輕鋼框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好，鋼梁、鋼柱組成柔性框架，可充分發(fā)揮鋼材強(qiáng)度高、延性好、塑性變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲、震動(dòng)的能力得以強(qiáng)化。一般而言，其抗震能力是磚混結(jié)構(gòu)的2 倍以上，在高烈度的地震災(zāi)害后，用于修復(fù)的費(fèi)用減少。而且適合建造在各種地質(zhì)條件的地基上，提高了結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

1.2.3 施工速度快。一般情況下，輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑的施工由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，構(gòu)件加工制作工業(yè)化，另外加上現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的過(guò)程中不受氣候影響，簡(jiǎn)單快捷，時(shí)間相對(duì)鋼混結(jié)構(gòu)住宅縮短工時(shí)1/3～1/2，加快了資金周轉(zhuǎn)，大大提高了投資回報(bào)速度。

1.2.4 隔熱保溫性能好。輕鋼框架結(jié)構(gòu)有些采用了聚苯乙烯泡沫夾芯板或單板加保溫棉等措施，使其保溫隔熱和隔聲效果良好，而且不助燃，不霉變，不蟲(chóng)蛀；滿(mǎn)足實(shí)際工作過(guò)程中保溫、隔熱、隔聲性能等方面的需要。

1.2.5 環(huán)保優(yōu)勢(shì)。將成品構(gòu)配件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，即可拼接安裝，廢舊利用率為100％，是真正的環(huán)保建材。另外，在任何氣候條件下，均可全年施工，對(duì)于周?chē)h(huán)境的污染較小，符合國(guó)家提出的“四節(jié)、環(huán)保”和可持續(xù)發(fā)展的要求，不僅具有很好的性?xún)r(jià)比，而且有著框架結(jié)構(gòu)無(wú)法比擬的優(yōu)越性。

1.2.6 環(huán)境適應(yīng)條件好。對(duì)海拔高度、氣候條件等環(huán)境要求不高。

2 門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 合理跨度的確定

跨度的確定是門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。一般而言，跨度主要受兩方面的影響：不同的生產(chǎn)工藝流程和使用功能。門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)一般根據(jù)其使用功能，確定較為經(jīng)濟(jì)的跨度。就筆者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，當(dāng)柱高、荷載一定時(shí)，可以適當(dāng)加大門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的跨度，這樣的改進(jìn)不會(huì)明顯增加剛架的用鋼量，但在空間的節(jié)約方面起著至關(guān)重要的作用。經(jīng)驗(yàn)表明：輕鋼門(mén)式剛架在檐高6m、柱距7.5m、荷載情況完全一致的情況下，當(dāng)跨度18～48m 時(shí)，建筑剛架的單位用鋼量為18～35kg/m；當(dāng)保持其他因素不變，檐高增加1倍時(shí)，跨度18～48m 的剛架用鋼量為25～40kg/m，當(dāng)檐高超過(guò)18m 時(shí)，宜采用多跨剛架（中間設(shè)置搖擺柱），因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇方案，不宜盲目追求大跨度[1]。

2.2 剛架最優(yōu)柱距的確定

剛架最優(yōu)柱距也是影響門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。剛架跨數(shù)、屋面荷載、檁條形式等因素都會(huì)影響到剛架的間距。柱距增大，剛架承受的荷載面積增大，檁條和支撐跨度增大，拉條布置增多，總用鋼量呈非線性變化[2]。研究表明：1)單跨剛架柱距小于8m 或雙跨剛架柱距小于7.5m 時(shí)，總用鋼量隨柱距的增大而減小；超過(guò)8m 時(shí)，隨著柱距的增大，主剛架用鋼量減小，但檁條、拉條和支撐的用鋼量增大，后者的增大幅度比前者減小的幅度大，造成總用鋼量增大。2)當(dāng)柱距接近7～8m 時(shí)，用鋼量最小，柱距不宜超過(guò)9m ，以免檁條、拉條和支撐的用鋼量增加過(guò)多，造成綜合造價(jià)不經(jīng)濟(jì)[3-5]。表1 所列即為一般情況下，柱高為6m ，各種跨度對(duì)應(yīng)的剛架最優(yōu)柱距。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求

2.3.1 選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地和地基。場(chǎng)地影響結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，從而決定了結(jié)構(gòu)的震害。因此，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇堅(jiān)硬的中硬土場(chǎng)地，當(dāng)實(shí)在無(wú)法避開(kāi)不利的或危險(xiǎn)的場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。

2.3.2 選擇合理的結(jié)構(gòu)總體布置。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑形狀規(guī)則，結(jié)構(gòu)力求對(duì)稱(chēng)，以減小質(zhì)量中心與剛度中心的偏離；強(qiáng)度和剛度應(yīng)連續(xù)變化，抗震結(jié)構(gòu)的剛度、承載力在樓層平面內(nèi)及結(jié)構(gòu)豎向應(yīng)連續(xù)、均勻；不宜有剛度突然削弱的樓層，以免在地震時(shí)出現(xiàn)塑性變形集中的“薄弱層”，從而引起較為嚴(yán)重的破壞。

2.3.3 抗震體系應(yīng)能在結(jié)構(gòu)適當(dāng)部位有意識(shí)地建立一系列有利的屈服區(qū)，以使結(jié)構(gòu)吸收和耗散大量地震能量，一旦破壞易于修復(fù)。

2.3.4 結(jié)構(gòu)應(yīng)有良好的“堅(jiān)韌性”。即必備的強(qiáng)度、剛度，良好的變形和耗能能力。

3 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)探討門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在合理跨度的確定、剛架最優(yōu)柱距的確定、鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求等3個(gè)方面提出了針對(duì)性建議，相信隨著門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在加油站產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用和推廣，這種建筑形式最終會(huì)以其綜合效益和優(yōu)良的性能得到廣泛使用。

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