淺析門式剛架設(shè)計(jì)要點(diǎn)

金忠堂

大連新大地建筑設(shè)計(jì)研究有限公司 遼寧大連 116000

門式剛架根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可分為單跨、雙跨、多跨剛架以及帶挑檐的和帶毗屋的剛架等形式。多跨剛架中間柱與斜梁的連接一般采用鉸接，多跨剛架宜采用雙坡或單坡屋蓋，必要時(shí)也可采用由多個(gè)雙坡屋蓋組成的多跨剛架形式。其梁柱截面可為等截面或變截面，柱腳一般為鉸接或剛接。

1 建筑物長(zhǎng)與寬的選擇

一般來說，在布置柱網(wǎng)時(shí)應(yīng)遵循長(zhǎng)度大于寬度的原則，能減輕剛架用鋼量，同時(shí)也能減少柱間支撐的風(fēng)荷載，從而降低支撐系統(tǒng)的用鋼量。

2 柱距選擇

通過大量計(jì)算比較表明，屋面活載0.3KN/m2，基本風(fēng)壓0.65KN/m2時(shí)最經(jīng)濟(jì)柱距是7.5-9m，超過9m時(shí)，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價(jià)并不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)荷載更大時(shí)，經(jīng)濟(jì)柱距應(yīng)相應(yīng)減少。對(duì)于帶有10噸以上行車的廠房，經(jīng)濟(jì)柱距應(yīng)該是6-7.5m。

在布置柱距時(shí)，如需采用不等柱距時(shí)，應(yīng)盡量將端跨柱距布置得比中間跨小，這是由于端跨風(fēng)荷載要比中間跨大，另外在采用連續(xù)檁條設(shè)計(jì)時(shí)，端跨的撓度及跨中彎距總是比其他跨要大。采用較小的端跨能使屋面檁條設(shè)計(jì)更方便節(jié)省。

例1：建筑物長(zhǎng)度=90m

經(jīng)濟(jì)柱距可取：1×6+10×7.8+1×6或者1×7.2+9×8.4+1×7.2

3 合理跨度的確定

不同的生產(chǎn)工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠房跨度，有的業(yè)主甚至要求輕鋼生產(chǎn)廠家根據(jù)自己的使用功能，確定較為經(jīng)濟(jì)的跨度。在盡可能滿足生產(chǎn)工藝和使用功能上，應(yīng)根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當(dāng)柱高、荷載一定時(shí)，適當(dāng)加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節(jié)省空間，基礎(chǔ)造價(jià)低，綜合效益較為可觀。通過大量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檐高6m、柱距為7.5m，屋面活載0.3KN/m2，基本風(fēng)壓0.65KN/m2時(shí)，跨度在18-30m之間的剛架單位用鋼量（Q235-B）為15-21kg/m2，當(dāng)跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為16-40kg/m2，當(dāng)檐高為12m、跨度超過48m時(shí)宜采用多跨剛架（中間設(shè)置搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節(jié)約40%以上，因此設(shè)計(jì)門式剛架時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求選擇較為經(jīng)濟(jì)的跨度，不宜盲目追求大跨度。

4 屋面坡度選擇

屋面坡度需要按照屋面板的構(gòu)造與排水坡面長(zhǎng)度及柱結(jié)構(gòu)高度等綜合因素考慮確定，一般取1/10-1/20。研究表明不同的屋面坡度對(duì)剛架的用鋼量有較大的影響。

以下為我們通過對(duì)單跨42m，檐口高度為6m的在不同屋面坡度下的用鋼量進(jìn)行計(jì)算分析得出的結(jié)果：

當(dāng)屋面坡度為0.5：10時(shí)，一榀框架重量為：3682Kg；

當(dāng)屋面坡度為1.0：10時(shí)，一榀框架重量為：3466Kg；

當(dāng)屋面坡度為1.5：10時(shí)，一榀框架重量為：3328Kg；

當(dāng)屋面坡度為2.0：10時(shí)，一榀框架重量為：3240Kg；

可以看出，對(duì)于單跨剛架，一種較好的減少剛架重量的方式是增大屋面坡度，坡度越大用鋼量越節(jié)省。

然而對(duì)于多跨框架來說情況就不同了，坡度大反而會(huì)增加框架用鋼量，這是由于大的坡度將導(dǎo)致內(nèi)柱長(zhǎng)度增加。當(dāng)建筑物跨度較大時(shí)，坡度增加能降低屋面鋼梁的撓度。

通過研究計(jì)算，較經(jīng)濟(jì)的坡度為：

多跨建筑：1：20

單跨，跨度小于45m：0.5：10

單跨，跨度小于 60m：1.5：10單跨，跨度大于60m：2.0：10

實(shí)際上，屋面坡度的選取還與建筑有無女兒墻有關(guān)系，坡度則增大將會(huì)導(dǎo)致女兒墻造價(jià)的增加。

5 檐口高度選擇

檐口高度對(duì)造價(jià)影響較大，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1）檐口高度增加將導(dǎo)致墻面板面積增加，墻面檁條增加，同時(shí)柱的用鋼量也將增加；

（2）如果鋼柱無側(cè)向支撐（如中柱，或邊柱無法設(shè)置隅撐），則檐口高度對(duì)框架重量影響將更為突出；

（3）檐口高度增加，將導(dǎo)致作用在框架上的風(fēng)荷載增加。如果檐口高度/建筑寬度＞0.8，為控制側(cè)向位移，有時(shí)甚至需要將柱腳由鉸接改為剛接。

檐口高度由以下因素決定：

（1）檐口處的凈高要求；

（2）有吊車時(shí)，吊車梁及吊車吊鉤高度（甲方要求）。

6 溫度區(qū)段

根據(jù)輕鋼規(guī)程，最大縱向長(zhǎng)度不大300m，橫向不應(yīng)大于150m?？v向溫度區(qū)段的伸縮縫設(shè)置可采用雙柱布置，或者將檁條連接采用橢圓孔的單柱伸縮縫。

這里需要說明的是規(guī)程所規(guī)定的最大長(zhǎng)度并非是所有建筑都允許所能達(dá)到的長(zhǎng)度。對(duì)于不同建筑，應(yīng)根據(jù)建筑物本身的使用條件，所在地的自然條件，根據(jù)計(jì)算所能出最大的溫度區(qū)段。

7 支撐布置

7.1 支撐的作用

在門式剛架柱網(wǎng)的每個(gè)溫度區(qū)段間，應(yīng)布置完整的支撐體系，以形成完整的空間結(jié)構(gòu)體系。輕型門式剛架沿寬度方向的橫向穩(wěn)定性，是通過剛架的自身剛度來抵抗所承受到的橫向荷載而保證的。由于在長(zhǎng)度方向的縱向結(jié)構(gòu)剛度較弱，需要沿縱向設(shè)置支撐，以保證其縱向穩(wěn)定性。支撐所受力主要是縱向風(fēng)載、吊車剎車力和地震作用以及溫度作用等；計(jì)算支撐內(nèi)力時(shí)一般假定節(jié)點(diǎn)為鉸接，并忽略偏心的影響，并且一般的支撐都是按拉桿考慮[1]。所以，一般適宜雙向布置。

7.2 支撐設(shè)置的基本原則

（1）盡管有的屋面板有一定的蒙皮效應(yīng)，但這種作用目前還很難去量化，因此在設(shè)計(jì)支撐時(shí)還不能考慮這種蒙皮效應(yīng)；

（2）柱間支撐應(yīng)盡量與屋面支撐設(shè)在同一跨，當(dāng)由于墻面有門洞而無法設(shè)置時(shí)，可以將柱間支撐設(shè)在臨跨；

（3）通常來說，支撐的間距一般不宜超過5跨；當(dāng)無吊車時(shí)宜取30-45m，有吊車時(shí)，間距一般不宜大于60m；

（4）屋面支撐需要在屋脊處斷開。

（5）在同一柱列，不應(yīng)將不同類型的支撐混用，否則剛度小的支撐受力小，起不到應(yīng)有的作用，而剛度大的支撐由于超負(fù)荷工作而破壞。柱間支撐應(yīng)優(yōu)選選擇使用交叉支撐。

8 梁設(shè)計(jì)

鋼梁的分段點(diǎn)據(jù)彎矩的大小，選較小處，并且參照抗風(fēng)柱的位置，盡量避開。梁段不超過12米，多數(shù)控制在10米以內(nèi)。鋼梁盡量設(shè)計(jì)成腹板高，翼緣窄，相對(duì)節(jié)省鋼材。

9 結(jié)語

綜上所訴，合理選擇柱距、梁尺寸、鋼材型號(hào)、荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)出安全、經(jīng)濟(jì)、合理的門式剛架。