門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點探析

郝繼威

摘要：隨著社會的發(fā)展，生產(chǎn)力水平的提高，我國鋼產(chǎn)量的不斷提高、品種不斷豐富。彩色壓型鋼板生產(chǎn)的迅速發(fā)展，為輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的發(fā)展奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋具有跨度大、空間大、用鋼量少、造價低廉、施工方便易安裝、施工周期短、施工污染環(huán)境少、建筑造型簡潔美觀、以及可回收利用等優(yōu)點，在工業(yè)廠房、倉庫、展覽廳等工業(yè)與民用建筑中得到越來越多的應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：輕型鋼結(jié)構(gòu)；門式剛架；設(shè)計要點？

一、門式剛架結(jié)構(gòu)的形式及特點

門式剛架結(jié)構(gòu)是梁、柱單元構(gòu)件的組合體，是柱與直線型、弧線型、折線型橫梁剛性連接的承重骨架體系。其形式種類繁多，在單層廠房及倉庫中，應(yīng)用較多的為單層單跨，雙跨或多跨的雙坡門式剛架，它可根據(jù)通風、采光的需要設(shè)置天窗、通風屋脊和采光帶等。門式剛架的整個構(gòu)件橫截面尺寸較小，可以有效地利用建筑空間，從而降低房屋的高度，減小建筑體積，在建筑造型上也較簡潔美觀，其次，剛架構(gòu)件的剛度較好，其平面內(nèi)、外的剛度差別較小，為制作、運輸、安裝提供有利的條件。

1、門式剛架的結(jié)構(gòu)形式。門式剛架的結(jié)構(gòu)形式多種多樣。按構(gòu)件體系分，有實腹式與格構(gòu)式；按橫截面組成分，有等截面與變截面。實腹式剛架的橫截面一般為H型，少數(shù)為Z型；格構(gòu)式的橫截面為矩形或三角形；按結(jié)構(gòu)選材分，有普通型鋼、薄壁型鋼、鋼管或鋼板焊成。

2、門式剛架結(jié)構(gòu)的特點。與傳統(tǒng)的單層廠房相比，這種結(jié)構(gòu)的特點有：

2.1便于拆遷，可用于臨時建筑，這是其突出的特征。

2.2屋面板采用壓型鋼板輕型屋面、由于屋面輕了，支承它的結(jié)構(gòu)也很輕。至于外墻，用磚墻對隔熱和降低造價有利，但對結(jié)構(gòu)的側(cè)移要求較嚴，外觀也較差，因此還是用鋼墻板者居多。

2.3剛架可采用變截面，截面與彎矩成正比。除腹板高度變化外，厚度也可根據(jù)需要變化，上下翼緣可用不同截面，相鄰單元的翼緣也可采用不同截面，充分做到材盡其用。

2.4剛架的腹板可按有效寬度設(shè)計，允許失穩(wěn)并可利用屈曲后強度。這樣，腹板的高厚比可做得比按現(xiàn)行《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的大，宜即腹板厚度可比一般鋼構(gòu)件薄。

2.6支撐可做得很輕便。由于構(gòu)件輕，支撐用張緊的圓鋼即可滿足要求，因剛腹板允許失穩(wěn)，可將支撐直接連在腹板上，省去很多節(jié)點板。

二、門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1、屋面活荷載取值。《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，當采用壓型鋼板輕型屋面時，屋面豎向均布活荷載的標準值（按水平投影面積計算）應(yīng)取0.5kN/m2，對受荷水平投影面積超過60平方米的剛架構(gòu)件，屋面豎向均布活荷載的標準值可取不小于0.3kN/m2。對荷載效應(yīng)組合還必須滿足以下條件：不需要同時考慮雪荷載和屋面均布活荷載，兩者中取最大的即可；同時考慮屋面均布活荷載和雪荷載兩者中的較大值和積灰荷載；屋面材料或檁條自重以外的其它荷載不與檢修或者施工集中荷載同時考慮；多臺吊車的組合應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的規(guī)定；不需要同時考慮地震作用和風荷載。

2、斜梁設(shè)計過程中計算長度的取值。在屋面坡度比較小的時候，剛架平面內(nèi)可以按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定下按壓彎構(gòu)件計算強度。當斜梁軸力小的時候，在剛架平面內(nèi)，計算長度可近似取豎向支承點間的距離。在屋面坡度比較大的時候，在剛架平面內(nèi)外軸力對穩(wěn)定性的影響不能忽略。在計算平面外計算長度時，一般取側(cè)向支撐點距離。屋面系桿支撐系統(tǒng)的約束作用、隅撐與檁條共同對受壓翼緣的作用、屋面板和檁條對上翼緣的約束作用等方面約束著鋼梁上下翼緣。計算過程中，平面外計算長度取受壓翼緣側(cè)向支撐點的最大距離。隅撐處是平面外的一個側(cè)向支撐點，當實腹式剛架斜梁的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣側(cè)面布置隅撐作為斜梁的側(cè)向支承，隅撐的另一端連接在檁條上。

3、構(gòu)件的撓度問題。當門式剛架斜梁只有冷彎型鋼檁條和支承壓型鋼板屋面時，門式剛架斜梁的豎向撓度限值為L/180（有懸掛起重機時取L/400，有吊頂時為L/240，其中L為構(gòu)件的跨度）。在結(jié)構(gòu)跨度較大的時候，在一定荷載情況下，撓度值控制著構(gòu)件截面尺寸。一些設(shè)計師忽略了控制撓度，只認識結(jié)構(gòu)設(shè)計強度滿足就行了。而實際上撓度除了影響建筑的正常使用還影響著其他很多方面，比如在屋面排水坡度較小的時候，撓度大了會造成屋面積水，甚至漏水，更甚至保溫棉滲水而造成屋面荷載變大給結(jié)構(gòu)的安全帶來威脅。在設(shè)計的時候，可以加設(shè)搖擺柱來去除撓度的控制作用，降低由于撓度控制導致截面出現(xiàn)過大的問題，另外，在剛架跨度過大，撓度很難控制的時候也可采取這種辦法。

4、結(jié)構(gòu)形式及布置方面。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，外墻通常采用冷彎薄壁型鋼墻梁和壓型鋼板墻面板，主剛架可采用變截面實腹剛架，屋蓋通常采用冷彎薄壁型鋼檁條和壓型鋼板屋面板。根據(jù)跨度、高度和荷載的不同，采用等截面實腹焊接丁字形截面或變截面或軋制H形截面。在門式剛架廠房中，有單梁式吊車的，柱一般采用等截面構(gòu)件，有橋式吊車的，柱一般采用變截面構(gòu)件。無吊車的門式剛架廠房中，柱腳的設(shè)計一般按鉸接設(shè)計，有吊車的，柱腳的設(shè)計一般按剛接設(shè)計。柱腳采用鉸接可以避免柱腳剛接使柱底彎矩過大而出現(xiàn)的基礎(chǔ)計算增大而引起的基礎(chǔ)混凝土方面造價增大的問題，而且柱腳鉸接方便制作，所以柱腳能鉸不剛，但對于有重吊車廠房，為了使吊車平穩(wěn)運行應(yīng)采用剛接柱腳。工業(yè)廠房中屋面通常使用壓型鋼板夾巖棉保溫板，對于有隔熱要求的屋面，使用隔熱卷材來做保溫層達到隔熱的效果。

結(jié)束語：

隨著門式剛架鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)與民用建筑中的廣泛應(yīng)用，提高鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計水平顯得日益重要。對越來越多從事輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計工作的從業(yè)人員，除要求掌握專業(yè)理論知識外，還必須了解輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)工程的制作安裝工藝、現(xiàn)場環(huán)境和相關(guān)情況，更深入地理解和掌握規(guī)范，只有通過精心和合理的設(shè)計，才能使輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)得到更大的發(fā)展。

參考文獻：

[1]胡寶琳等.輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計與研究，鋼結(jié)構(gòu)，2004（5）

[2]魯莉，梁發(fā)云.輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾個常見錯誤分析，建筑結(jié)構(gòu)，2004（7）