輕型鋼結構廠房結構設計要點實證探析

【摘 要】輕型鋼結構不僅屋面荷載較輕，桿件截面較薄較小，而且鋼結構還具有材質均勻、應力計算準確可靠、工業化程度高、加工制造簡單、運輸安裝方便等特點，被廣泛應用于工業廠房中。本文結合某輕型鋼結構工業廠房實例，從柱網布置、屋面布置、柱間支撐布置、屋蓋支撐布置、墻面結構布置提出了輕鋼結構廠房設計布置，分析了輕鋼廠房結構的構件設計和節點設計，闡述了輕鋼廠房現場安裝連接主要采取的措施。

【關鍵詞】鋼結構設計；輕鋼結構；廠房設計；門式剛架

對于鋼結構設計方法，我國自《鋼結構設計規范》（GBJ17-87）和《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》（GBJ18-88）頒布起，采用極限狀態設計方法，而在《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（CECS102-98）中直接參照國內外輕鋼結構設計規范采用極限狀態設計法。輕型鋼結構廠房設計要點有設計布置、構件設計、節點設計等。

1 工程概況

某鋼結構工業廠房采用輕型門式剛架結構體系，廠房跨度42m，長度90m，柱距6m，檐口高度9m，屋面坡度為1：20，屋面墻面均采用鍍鋅鋼板。廠房主體鋼結構設計合理使用年限為50年，抗震設防烈度為八度，地震分組為第一組；建筑抗震設防類別為丙類，結構安全等級為二級；場地類別為Ⅱ類；地面粗糙度為B類。鋼架采用Q345B鋼材，焊條采用E50。

2 輕鋼結構廠房設計布置

2.1 柱網布置

由于本廠房荷載較小，故選用質量較輕、工業化程度較高、施工周期短、結構形式較簡單的輕型門式剛架結構。確定柱距應該與跨度相協調，跨度較大可以擴大柱網，這樣可以滿足廠房的通用性，擴大生產面積，節約用地，加快建設速度，提高吊車的服務范圍。因此本廠房剛架采用兩跨，每跨21m的跨度，柱距7.5m。

2.2 屋面布置

根據屋面壓型鋼板的規格，檁條沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》CECS102-2002中6.3.5和6.3.6的規定，應在檁條三分點處設置一道拉條，拉條采用Φ10圓鋼，圓鋼拉條設在距檁條上翼緣1/3腹板高度范圍內，屋脊拉條為剛性。

2.3 柱間支撐布置

根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》規定應在廠房兩端第一柱間設置柱間支撐，并應在中間一個柱間設置柱間支撐，柱間支撐分為上柱柱間支撐和下柱柱間支撐布置。兩端設上柱支撐，中間設上下柱支撐。在設置柱間支撐的開間，宜同時設置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系。當有起重量不小于5t的吊車時，柱間宜采用型鋼支撐。

2.4 屋蓋支撐布置

由于本廠房長90m，寬42m，根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》規定，將整個廠房可劃分為一個溫度區段。因此在廠房兩端第一個柱間支撐設置橫向水平支撐。此外，還應在廠房中間柱間內設置屋蓋橫向水平支撐，并應在上述相應位置設置剛性系桿。

2.5 墻面結構布置

根據墻板的板型和規格，墻梁的布置沿高度方向間距每隔1.5m布置一道，根據《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》規定，本廠房跨度7.5m>6m，應在跨中三分點處各設置一道拉條，拉條承擔的墻體自重通過斜拉條傳至承重柱和墻架柱，且應每隔5道拉條設置一對斜拉條，以分段傳遞墻體自重，拉條為Φ10圓鋼。根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》規定，設置門柱窗柱，且由于門柱、窗柱需承受墻板重及自重，所以應考慮為雙向受彎構件。

3 輕鋼廠房結構設計

3.1 構件設計

構件設計時首先是選擇材料，為了施工時工程管理方便通常主結構使用單一鋼種，但從經濟角度考慮又會選取不同強度鋼材的組合截面。設計實踐表明，當構件強度起控制作用時，適宜選取Q345，當穩定控制時則適宜選取Q235。但實踐經驗表明采用軟件進行構件設計時，要注意以下一些問題：（1）軟件在做構件的截面驗算時，計算長度系數的取定有時會不符合規范的規定，特別是對于節點連接情況復雜或變截面的構件，結構工程師應該逐個檢查。（2）對于構件強度不滿足時，一般會加大組成截面的板件厚度，如抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。（3）對于變形超限，通常不應加大板件厚度，而應加大截面的高度，這樣設計就比較經濟。

3.2 節點設計

連接節點的設計是輕型鋼結構廠房設計重要步驟，在結構分析前，應該對鋼結構節點的形式預先確定，應避免最終設計的節點與結構分析模型中使用的形式不完全一致。在設計時根據傳力特性不同，節點分剛接、鉸接以及半剛接。連接的不同對結構影響較大，例如剛接節點雖然承受彎矩但不會產生較大轉動，不符合結構分析中的假定，會造成計算數據的變形小于實際工程變形，因此合理地選取節點連接方式是一個關鍵問題。節點設計必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現場定位與臨時固定。

4 鋼結構廠房現場安裝連接

門鋼的安裝需根據設計圖紙的要求精心施工，安裝程序應保證結構形成穩定的空間體系，且不能使結構永久變形。運輸存放安裝以及后續的結構的涂裝和隔熱均應符合相應的質量驗收標準。本工程現場安裝連接主要采取以下措施：（1）鋼柱與基礎錨栓的連接采用雙螺母加焊。（2）壓型板與檁條采用自攻螺栓連接。（3）屋面檁條與檁托采用M12永久螺栓連接；屋面支撐采用M16安裝螺栓加焊；鋼架安裝時先做好臨時支撐，屋面檁條安裝好后，將支撐花籃螺絲擰緊；各構件之間必須保證連接可靠。

參考文獻：

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