30m跨門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)倉庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘 要：輕型門式剛架房屋結(jié)構(gòu)主要用于廠房、倉庫、體育館及等大跨度房屋，本文介紹的30米跨度單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)用于庫房，不帶吊車，主鋼架梁柱采用Q345B級焊接H形鋼，其他構(gòu)件采用Q235B級鋼制作。

關(guān)鍵字：輕鋼結(jié)構(gòu) 材料選用 支撐設(shè)置 加勁肋設(shè)置

一.簡介：本工程位于沈陽市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，結(jié)構(gòu)類型為30m跨單跨輕型門式剛架，不帶吊車。柱距6m，總長度194m。剛架柱頂標(biāo)高7.5m，屋面坡度采用1：15。地震烈度為7（0.1g）度，場地類別為Ⅱ類。 風(fēng)荷載按50年一遇取0.55KN/m2，雪荷載按100年一遇取0.55 KN/m2。

二.構(gòu)件設(shè)計.1.材料的選擇。 梁柱采用Q345B級鋼。柱腳錨栓、支撐，隅撐角鋼及檁條、系桿、拉條采用Q235B。2.預(yù)估截面.根據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)措施梁高取跨度的1/30～1/40。本工程剛架梁柱采用Q345B級鋼比圖集《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)》02SG518-1，所用鋼材等級高，所以梁柱截面均減少，通過PKPM 中鋼結(jié)構(gòu)STS軟件計算調(diào)整，柱截面為H（400～870）X220X8X10，梁為便于運(yùn)輸分為三段，兩端的梁截面為H（890～670）X200X6X8，長度相等，中間段梁截面為H（670～870）X200X6X8。3. 剛架計算。3.1.工字型截面構(gòu)件局部穩(wěn)定應(yīng)滿足規(guī)范要求。工字型截面構(gòu)件中腹板以受剪為主，翼緣以抗彎為主，增大腹板高度可更好發(fā)揮翼緣抗彎能力。但在增大腹板高度時，根據(jù)局部穩(wěn)定要求增大腹板厚度或者設(shè)置加勁肋通常并不經(jīng)濟(jì)也不方便施工。3.2.剛架構(gòu)件的強(qiáng)度計算和加勁肋設(shè)置.（1）梁腹板加勁肋應(yīng)在較大集中荷載處和翼緣轉(zhuǎn)折處設(shè)置橫向加勁肋.（2），當(dāng)利用腹板屈曲后抗剪強(qiáng)度時，橫向加勁肋間距a宜取hw～2hw（hw為腹板高）本工程剛架剪力較小，經(jīng)計算未利用腹板屈曲后抗剪強(qiáng)度。3.3.剛架穩(wěn)定性計算。變截面柱在剛架平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定計算應(yīng)符合現(xiàn)行門式剛架規(guī)范相應(yīng)規(guī)定。門式剛架橫梁在剛架平面內(nèi)和平面外均應(yīng)按壓彎構(gòu)件計算強(qiáng)度穩(wěn)定。3.4.鋼架梁柱平面外計算長度及隅撐的設(shè)置問題。斜梁的平面外計算長度應(yīng)取側(cè)向支承點(diǎn)間的距離，在鋼架梁下翼緣受壓區(qū)段內(nèi)，和柱上端內(nèi)翼緣壓應(yīng)力較大區(qū)段應(yīng)設(shè)置隅撐做為梁和柱受壓翼緣的側(cè)向支承，來減少梁柱平面外計算長度，并提高剛架整體穩(wěn)定性及提高檁條承載能力。3.5.剛度計算及變形規(guī)定。門式剛架的柱頂位移、受彎構(gòu)件的撓度、受壓構(gòu)件的長細(xì)比均滿足現(xiàn)行門式剛架規(guī)范要求。

三. 支撐的布置及設(shè)計

1. 屋蓋橫向支撐宜設(shè)在溫度區(qū)間端部的第一個或第二個開間。當(dāng)端部支撐設(shè)在第二個開問時，在第一個開問的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿。柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向往距、受力情況和安裝條件確定。當(dāng)無吊車時宜取30～45m。當(dāng)房屋高度相對于柱間距較大時，柱間支撐宜分層設(shè)置。在剛架轉(zhuǎn)折處應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿。2.支撐的設(shè)計分下列幾種情況：2.1.設(shè)防為6度地區(qū)時，主要由風(fēng)荷載起控制作用，宜選用圓鋼支撐，2.2.設(shè)防為7度地區(qū)時，應(yīng)經(jīng)過計算確定如果是由風(fēng)荷載起控制作用，宜選用圓鋼支撐，如果是地震作用控制，屋蓋橫向支撐宜選用圓鋼支撐，柱間支撐宜選用角鋼支撐來加強(qiáng)廠房縱向剛度。2.3.設(shè)防為8度地區(qū)時，屋蓋橫向支撐及柱間支撐應(yīng)選用角鋼支撐來加強(qiáng)廠房縱向剛度。2.4.廠房設(shè)有起重量不小于5噸吊車時，屋蓋橫向支撐及柱間支撐應(yīng)選用角鋼支撐來加強(qiáng)廠房縱向剛度。每種支撐形式都必須進(jìn)過計算并滿足承載力要求。2.5.本工程在房屋端部的第一個開間及沿房屋縱向共設(shè)置設(shè)置5道柱間支撐及屋蓋橫向支撐，采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐，圓鋼與構(gòu)件的夾角為38°。柱間支撐采用Φ28， 屋面水平支撐采用Φ22，剛性系桿采用Φ120X5 焊接鋼管。經(jīng)計算滿足承載力要求。

四. 檁條、墻梁及拉條的設(shè)置

1. 檁條、墻梁間距應(yīng)≤1.5米，根據(jù)雪荷載大小，及分布系數(shù)來確定間距，并且要滿足受彎承載力要求。滿足受彎承載力要求。在六米跨的檁條中間設(shè)置一道拉條。拉條、撐桿僅設(shè)置在剛架兩端及屋脊處，形成桁架以抵抗水平荷載。 本工程剛架柱距6米，抗風(fēng)柱距7.5米，所以屋面及正立面、背立面拉條布置一道，山墻拉條在三分點(diǎn)處布置兩道。

五.柱腳設(shè)計

1.無吊車門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的柱腳，宜采用平板式鉸接柱腳。

2. 柱腳錨栓一般采用Q235鋼制作。錨栓的錨固長度應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB 50007的規(guī)定，錨栓端部應(yīng)按規(guī)定設(shè)置彎鈞或錨板。錨栓的直徑不宜小于24mm，當(dāng)跨度為30m時應(yīng)采用4個M24，且應(yīng)采用雙螺帽。柱腳錨栓不宜用于承受柱腳底部的水平剪力，本工程設(shè)置抗剪鍵承受剪力。

3.據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范8.9.3條規(guī)定柱腳在地面以下部分應(yīng)采用強(qiáng)度等級較低的混凝土包裹（保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm）并應(yīng)使包裹的混凝土高出地面不小于150mm，以防止柱腳這部分腐蝕。

六. 抗風(fēng)柱的布置

1.本工程抗風(fēng)柱布置與圖集《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)》02SG518-1 中抗風(fēng)柱布置情況不同在于，本工程僅在山墻四分點(diǎn)處布置，山墻兩端不布，這樣做是因?yàn)椋植荚谏綁α簝啥颂庯L(fēng)荷載直接由剛架柱承擔(dān)并有支撐及檐口處剛性系桿傳遞給其他剛架，并傳給基礎(chǔ)。其原理同鋼筋混凝土排架柱單層廠房。經(jīng)計算證明完全可行，并節(jié)省了材料費(fèi)用。另外兩根抗風(fēng)柱布置處上端同屋蓋水平支撐及剛性系桿交于一點(diǎn)，同樣將風(fēng)荷載傳遞給其他剛架，并傳給基礎(chǔ)。2.在山墻抗風(fēng)柱第二跨位置設(shè)置上下兩道圓鋼支撐，中間兩跨在抗風(fēng)柱半高位置設(shè)置剛性系桿，形成一個整體抗側(cè)力體系，并減小了抗風(fēng)柱平面外計算長度。

七. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計.連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的內(nèi)容之一。本工程剛架柱腳與基礎(chǔ)為鉸接，梁與梁、梁與柱為剛接。連接節(jié)點(diǎn)按實(shí)際受力設(shè)計計算。

1.焊接： 對焊接焊縫的尺寸及形式等，規(guī)范有強(qiáng)制規(guī)定，應(yīng)嚴(yán)格遵守.焊條的選用應(yīng)和被連接金屬材質(zhì)適應(yīng).E43對應(yīng)Q235互焊及Q235與Q345互焊連接，E50對應(yīng)Q345互焊連接.焊接設(shè)計中不得任意加大焊縫. 焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件重心接近.其他詳細(xì)內(nèi)容可查規(guī)范關(guān)于焊縫構(gòu)造方面的規(guī)定.

2.栓接：螺栓和錨栓的選用。不直接承受動力荷載和不屬于冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的門式剛架梁與梁、梁與柱拼接處可以采用承壓性連接的高強(qiáng)度螺栓，為慎重考慮本工程采用高強(qiáng)度摩擦型螺栓，性能等級為10.9級。拉條與檁條及門式剛架與檁條、墻梁、支撐連接螺栓均采用4.6級普通螺栓。3. 連接板： 可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm. 然后驗(yàn)算凈截面抗剪等

八. 從沈陽市2007年3月3日至4日，沈陽遭受百年不遇的暴風(fēng)雪災(zāi)害對一些輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑不同程度的損壞，總結(jié)出設(shè)計應(yīng)注意的問題。

1. 當(dāng)輕鋼結(jié)構(gòu)的檁條兼做梁、柱平面外穩(wěn)定的支撐構(gòu)件時，該構(gòu)件除滿足受彎承載力要求外，還應(yīng)滿足壓彎構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定要求。2. 輕鋼屋面雪荷載應(yīng)采用100年一遇的基本雪壓，并考慮不同屋面情況（比如有女兒墻或者高低屋面時）按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取不同的積雪分布系數(shù)，按最不利情況計算結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件。3. 檁條的安裝節(jié)點(diǎn)及支撐的安裝節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用雙螺母，使其在抗擊屋面較大雪荷載時發(fā)揮作用。4. 不帶吊車的輕鋼結(jié)構(gòu)柱頂位移宜取≤H/80。屋面如沒有吊頂剛架豎向撓度比限值宜取取1/240，如果有吊頂應(yīng)取更大值如1/250，本條建議是參考鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范得出的。5. 值得注意的一點(diǎn)是大部分倒塌輕鋼房屋是由于在屋脊處的鋼架梁與鋼架柱的連接節(jié)點(diǎn)域強(qiáng)度不滿足鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范7.4.2條的規(guī)定從而造成節(jié)點(diǎn)破壞引起結(jié)構(gòu)整體破壞。解決的直接有效的辦法是在節(jié)點(diǎn)處柱腹板兩側(cè)設(shè)置加勁肋，這對加勁肋可用于連接屋脊處通長剛性系桿。