門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

郭春陽(yáng) 王 越 吳 錚

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

0 前言

鋼結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn):①重量輕，強(qiáng)度高。普通鋼結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑重量的1/2左右，而輕鋼門式鋼架自重僅為30 kg/m2左右,較輕的自重降低了基礎(chǔ)的造價(jià)。由于其強(qiáng)度高的特點(diǎn)適用于大跨度、大柱網(wǎng)，增大了使用面積；②抗震性能好；③主要鋼構(gòu)件工廠化，施工速度快，有助于建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；④可拆卸利用，對(duì)環(huán)境污染少，綠色環(huán)保。

1 門式剛架柱

1）輕鋼門式剛架柱腳采用鉸接還是剛接。門式剛架的柱腳形成多按鉸接支撐設(shè)計(jì)，通常為平板支座，設(shè)一對(duì)或二對(duì)地腳螺栓。當(dāng)用于工業(yè)廠房且有5 t以上橋式吊車時(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接。本人認(rèn)為，門式剛架應(yīng)首先應(yīng)確定是否有吊車，如廠房工藝要求需要布置吊車，則應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①柱腳應(yīng)設(shè)計(jì)成剛性柱腳;②柱應(yīng)設(shè)計(jì)成等截面柱;③柱間支撐應(yīng)由吊車縱向水平荷載控制設(shè)計(jì)，而不是簡(jiǎn)單的構(gòu)造設(shè)計(jì)，當(dāng)有不小于5t的橋式吊車時(shí)，宜采用型鋼支撐。

另外，柱腳形式采用鉸接還是剛接，除由吊車決定外，還要看建筑物的高度和風(fēng)荷載的大小，如果建筑物的高度較高，而且風(fēng)荷載較大，即使無(wú)吊車，如柱腳采用鉸接，柱頂位移大，為控制柱頂位移必然加大柱截面，增加用鋼量。最后，柱腳形式的選擇還要考慮土質(zhì)情況及基礎(chǔ)造價(jià)。當(dāng)采用剛接柱腳，由于基礎(chǔ)要承受較大的偏心彎矩，基礎(chǔ)的平面尺寸均較鉸接柱腳基礎(chǔ)要大，土質(zhì)情況差時(shí)差別就更大。因此，選用何種柱腳行形式要根據(jù)建筑物的高度、風(fēng)荷載的大小、有無(wú)吊車、吊車噸位及土質(zhì)情況等因素綜合確定。如門式鋼架無(wú)吊車，則按楔形柱等常規(guī)設(shè)計(jì)，不再贅述。

2）柱間支撐的布置。柱間支撐與屋面支撐應(yīng)布置在同一柱間，使剛架縱向形成穩(wěn)定體系，便于剛架安裝且增加縱向剛度。支撐應(yīng)布置在第一柱間或第二柱間，當(dāng)布置在第二柱間時(shí)，第一柱間相應(yīng)布置剛性系桿,且剛性系桿與抗風(fēng)柱沿縱向位置一致，使風(fēng)荷載直接傳遞。在剛架轉(zhuǎn)折處 (單跨房屋邊柱柱頂及屋脊，以及多跨房屋某些中間柱柱頂和屋脊)應(yīng)沿房屋全長(zhǎng)設(shè)置剛性系桿。當(dāng)門架的跨度較大時(shí)，在布置支撐的柱間，應(yīng)適當(dāng)增加剛性系桿的數(shù)量，使支撐的夾角在45°左右。當(dāng)受建筑功能限制無(wú)法布置柱間支撐時(shí)，應(yīng)布置縱向剛架。

2 抗剪鍵的設(shè)置要求與計(jì)算

柱腳錨栓不宜用于承受柱腳底部的水平剪力，水平剪力可由柱底板與混凝土間的摩擦力或設(shè)置抗剪鍵承受。這就是我們計(jì)算門架時(shí)，往往出現(xiàn)的警告提示:“柱腳需要設(shè)抗剪!”。其主要原因是門架結(jié)構(gòu)一般自重較輕，而在風(fēng)荷載較大或抗震設(shè)防烈度較高地區(qū)，其柱底水平剪力較大，往往需要在柱底板下加抗剪鍵，以彌補(bǔ)柱底板與混凝土間摩擦力的不足。在條文說(shuō)明中要求抗剪鍵采用在剛架平面方向截面剛度較大的工字鋼等垂直焊接在柱底板的底面,其截面和連接焊縫的抗剪能力應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。若抗剪鍵較長(zhǎng)，須在基礎(chǔ)表面做坑以便安裝時(shí)將其插入，然后進(jìn)行二次灌漿。

抗剪鍵起作用是建立在柱底板下的空隙灌漿密實(shí)的基礎(chǔ)上，密實(shí)是二次灌漿與混凝土基礎(chǔ)及柱底板共同工作的前提。因此抗剪鍵的作用除與本身截面和焊縫高度與長(zhǎng)度有關(guān)外，還取決于灌漿的密實(shí)度，抗剪鍵以長(zhǎng)度方向平行于柱底板為宜。柱底板下的灌漿空隙以滿足抗剪鍵不與基礎(chǔ)表面接觸，留有一定空隙，使柱底標(biāo)高有調(diào)整余量為準(zhǔn)，確保抗剪鍵起作用，保證工程安全。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

輕鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，由于結(jié)構(gòu)自重輕，基礎(chǔ)豎向荷載小，水平荷載往往成為基礎(chǔ)大小的控制因素。因此基礎(chǔ)偏心過(guò)大，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)造成一定困難。由于偏心荷載作用下基礎(chǔ)底面反力的不均勻性，可能使基礎(chǔ)發(fā)生傾斜,甚至?xí)绊憦S房的正常使用，特別是有吊車的工業(yè)廠房。對(duì)于僅有風(fēng)荷載而無(wú)吊車荷載的柱基,允許基礎(chǔ)底面與地基不完全接觸，但接觸部分長(zhǎng)度與基礎(chǔ)長(zhǎng)度之比不小于0.75，同時(shí),還應(yīng)驗(yàn)算基礎(chǔ)底板受拉一邊在底板自重及上部的重力荷載作用下的抗彎強(qiáng)度。為滿足以上設(shè)計(jì)原則，解決的方法有:增加基礎(chǔ)壓重、增加深埋、采用偏心基礎(chǔ)、采用樁基等，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)經(jīng)過(guò)充分比較分析后確定選用哪種方法。

4 抗風(fēng)柱與剛架的連接

目前門式剛架的抗風(fēng)柱設(shè)計(jì)存在兩種錯(cuò)誤的做法:一種是將抗風(fēng)柱與剛架做成一樣，抗風(fēng)柱與剛架梁或鉸接或剛接，抗風(fēng)柱既參與抗風(fēng)又參與豎向荷載作用及橫向水平作用。而設(shè)計(jì)人員往往又不做這樣剛架的縱向抗風(fēng)驗(yàn)算,這樣做是漏算荷載的，是工程設(shè)計(jì)的一大忌。另一種做法是抗風(fēng)柱與剛架在一條軸線上,但不考慮抗風(fēng)柱受豎向荷載作用，抗風(fēng)柱與剛架梁之間用一塊鋼板通過(guò)焊縫相連。這種做法仍然將一部分豎向荷載傳給了抗風(fēng)柱，而且鋼板的側(cè)向剛度很小，在豎向荷載的作用下發(fā)生屈曲后就很難保證有效地傳遞風(fēng)荷載了。以上兩種做法都存在弊端。在這里筆者推薦以下做法:采用廠房標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)做為抗風(fēng)柱軸線，第一榀剛架軸線與抗風(fēng)柱錯(cuò)開500～600mm,抗風(fēng)柱翼緣通過(guò)連接板與剛架梁腹板加勁肋相連，且連接板及加筋肋上開豎向長(zhǎng)圓孔，連接螺栓采用普通螺栓。

5 結(jié)語(yǔ)

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)應(yīng)用已比較廣泛，技術(shù)日漸成熟，但需要完善的問(wèn)題仍較多，只有充分理解該類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概念才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)合理，又安全可靠，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

[1] GB50009-2001,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] CECS102;2002,門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 汪一駿,等.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.