淺談輕型門式剛架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計

唐 艷

（甘肅省輕紡工業(yè)設(shè)計院有限制責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的特點

門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用約始于20世紀(jì)80年代初期，是在廠房、倉庫、建材等交易市場、體育館及活動房屋等建筑中應(yīng)用比較廣泛的一種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅可以滿足廠房對大空間的需求，實現(xiàn)工廠化加工制作、現(xiàn)場施工組裝、方便快捷工程作業(yè)的需求，更具備成本低、重量輕、工業(yè)化程度高、施工周期短、綜合經(jīng)濟(jì)效益高、柱網(wǎng)布置比較靈活且適用范圍廣的特點，極具實用價值。

2 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計實例

2.1 工程概況

某工程為云南垅田農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司18萬噸馬鈴薯深加工聯(lián)合車間。項目建設(shè)地點為云南省曲靖市，聯(lián)合車間為單層門式剛架結(jié)構(gòu)，主要跨度為27m×18m×18m，主要柱距為6.0m，長度為141.00m，寬度為54.00m。檐口柱頂標(biāo)高為8.1m，屋面坡度為5%，屋面板和墻面板采用的是壓型彩鋼夾芯板。

2.2 結(jié)構(gòu)選型及布置

1）結(jié)構(gòu)形式的確定，該類廠房以前多數(shù)為混凝土排架結(jié)構(gòu)廠房，主要考慮內(nèi)部管道多，混凝土柱便于在后期設(shè)置管道支架，同時在防火、防腐蝕等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，但與剛結(jié)構(gòu)廠房相比在工廠化程度、施工速度、抗震性能等方面又有所不及。考慮本工程工期十分緊張的特點，為便于制作和安裝，經(jīng)各方協(xié)商，最終確定采用雙坡多跨門式剛架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)形式簡單，加工方便，柱采用等截面實腹式H型鋼柱，梁采用變截面實腹式工字型鋼梁，柱與基礎(chǔ)鉸接，屋面板和墻面板采用的是壓型彩鋼夾芯板。剛架立面圖如圖1所示。

2）支撐布置，門式剛架屬于平面結(jié)構(gòu)，在柱間支撐、屋面水平支撐及縱向構(gòu)件相互聯(lián)系下，形成空間的穩(wěn)定整體，以保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向及橫向水平剛度，將水平荷載（風(fēng)荷載、地震作用）傳給基礎(chǔ)。按照規(guī)范要求，①在每個溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系；②在設(shè)置柱間支撐的開間，應(yīng)同時設(shè)置屋蓋橫向支撐，以構(gòu)成幾何不變體系；③端部支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段端部的第一或第二個開間。柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向受力情況及安裝條件確定，一般取30～45m；有吊車時不宜大于60m；④當(dāng)房屋高度較大時，柱間支撐應(yīng)分層設(shè)置；當(dāng)房屋寬度大于60m時，內(nèi)柱列宜適當(dāng)設(shè)置支撐；⑤當(dāng)端部支撐設(shè)置在端部第二開間時，在第一個開間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿。本工程兩單元均為54m，長度為141.0m，因此縱向在端部第一開間及中間兩個開間設(shè)置柱間支撐，橫向在內(nèi)柱列增設(shè)柱間支撐。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

剛架設(shè)計，1）荷載取值，剛架主體采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM-STS軟件進(jìn)行計算。恒載除屋面自身重量外，還包括與屋面直接相連的吊頂荷載以及屋頂設(shè)備荷載。計算過程中主要的荷載取值如表1所示。

表1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值

2）計算結(jié)果及分析，剛架在截面選取時首先應(yīng)保證板件的寬厚比和高厚比滿足局部穩(wěn)定性的要求，主要計算剛架柱、梁在各種荷載工況作用下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及整體變形，中間柱與鋼梁為剛性連接。本工程主剛架柱、梁材質(zhì)采用Q345-B鋼，其各項技術(shù)指標(biāo)須符合《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》的有關(guān)規(guī)定。主要計算結(jié)果：柱作用彎矩與考慮屈曲后強(qiáng)度抗彎承載力比值：0.93；梁作用彎矩與考慮屈曲后強(qiáng)度抗彎承載力比值：0.95；柱平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比：0.91；梁平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比：0.83；鋼梁撓度：H/970；柱平面外穩(wěn)定應(yīng)力比：0.88；梁平面外穩(wěn)定應(yīng)力比：0.97。以上計算結(jié)果容許值分別為：1.0、1.0、1.0、1.0、H/60、1.0、1.0。

從計算結(jié)果看出，構(gòu)件的最大應(yīng)力比為0.97，出現(xiàn)在屋脊鋼梁處。柱頂相對位移、鋼梁撓度、柱平面外最大長細(xì)比均按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中要求從嚴(yán)控制。從計算結(jié)果看，上述指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，特別是風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下柱頂相對位移遠(yuǎn)小于規(guī)范限值要求。

2.4 檁條和墻梁的布置

屋面檁條一般應(yīng)等間距布置。但屋脊處，應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道，使得屋面板的外伸寬度不要太長（一般按＜200mm取值），在天溝附近應(yīng)布置一道，以便于天溝的固定。確定檁條間距時，應(yīng)綜合考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規(guī)格等因素按計算確定。

墻梁的布置，應(yīng)考慮設(shè)置門窗、挑檐、遮雨棚等構(gòu)件和圍護(hù)材料的要求，按計算結(jié)果選用。

當(dāng)檁條跨度大于4m時，應(yīng)在檁條間跨中位置設(shè)置拉條，跨度大于6m時，應(yīng)在檁條跨度三分點處各設(shè)置一道拉條。