某超高門式剛架輕鋼結構設計

◎ 戚迎花，郭建勇

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450053）

1 工程概況

廣東省中山市某工業區毛米倉車間，高20 m，跨度30 m，內為16 m高鋼板倉，無吊車，建筑面積1 650 m2，室內外高差300 mm，業主要求采用門式剛架結構。項目平面布置圖及主剛架立面如圖1、圖2所示。

圖1 平面布置圖

該地區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10 g，設計地震分組為第二組。處于沿海地區，基本風壓0.6 kN/m2。結構安全等級二級，剛架材料選用Q345B級鋼。

圖2 主剛架立面圖

2 結構布置

本工程主承力體系采用焊接H型截面門式剛架，屋頂及外墻圍護結構采用壓型鋼板輕型材料。剛架柱柱腳固結，柱子采用全高等截面。為減小柱子平面外計算長度，保證整體結構空間的穩定性，廠房縱向每榀鋼架柱間除柱頂設置剛性系桿外，在柱中增設兩道剛性系桿。屋蓋縱向設置通長剛系桿，間距4.5～5.5 m。

3 結構設計分析

鋼架結構的分析計算程序采用PKPM-STS鋼結構軟件設計。

本工程建筑高度大于GB 51022-2015《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范》[2]（簡稱《門規》）18 m的限值要求，《門規》不能完全適用，因此設計過程中宜參考其他結構設計規范。

3.1 荷載

荷載包括屋面恒載、活載、風荷載等。風荷載取GB 5009-2012《建筑結構荷載規范》（簡稱《荷規》）及《門規》較大值。經對比，柱子風荷載《荷規》更大，梁風荷載《門規》更大。筆者建議結構整體計算采用《荷規》風荷載，再用《門規》風荷載進行屋面斜梁驗算。柱子風荷載的輸入，可以采用梯形荷載或等效矩形荷載計算。

3.2 板件寬厚比控制

構件的板件寬厚比既是保證廠房框架延性的關鍵指標，也是影響單位面積用鋼量的重要因素[1]。該單層工業廠房高度已經超出《門規》的適用范圍，不建議采用《門規》控制。

對于輕屋蓋廠房，《建筑抗震設計規范》[1]9.2.14條及條文說明中，對設防烈度8度（0.20 g）及以下的情況，可采用性能化設計的方法，即“高延性、低彈性承載力”和“低延性、高彈性承載力”兩種，即允許在構件強度和穩定滿足不同地震作用的承載力要求時，可采用不同限值進行彈性設計階段的板件寬厚比計算。

本工程按照“低延性、高彈性承載力”性能設計方法，當結構在滿足較高地震作用的承載力要求時，允許采用較低限值進行彈性設計階段的板件寬厚比計算，放寬了板件寬厚比的要求。

在滿足2倍多遇地震作用下的要求時，可采用GB 50017-2003《鋼結構設計規范》[3]（簡稱《鋼規》）彈性設計階段的板件寬厚比限值。而PKPM-STS鋼結構軟件設計中已提供了相應的選項，可直接勾選設計。

3.3 柱頂位移控制及梁撓度

本工程無橋式吊車，柱頂位移控制可采用《鋼規》無橋式吊車的單層框架柱頂位移H/150的限值，考慮到廠房內鋼柱與毛米倉距離較近，頂位移限制按H/180控制。經計算，本工程柱頂位移由風荷載控制。為滿足柱頂水平位移，屋面梁截面隨著柱截面加大而加大，梁的使用率較低，其撓度也能得到充分保證。因此，梁截面可在滿足板件構造及整體計算要求的前提下，盡可能減小截面，節約材料。

4 結語

本工程通過選取合適的荷載和柱頂位移限值參數，按照“低延性、高彈性承載力”性能設計方法，進行超規范要求的高度的門式剛架輕鋼結構設計，既保證結構安全性，又達到較好的經濟效果。