淺談輕型門式剛架結構工業廠房結構設計

唐 艷

（甘肅省輕紡工業設計院有限制責任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 輕型門式剛架結構的特點

門式剛架輕型房屋結構在我國的應用約始于20世紀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用比較廣泛的一種結構。這種結構不僅可以滿足廠房對大空間的需求，實現工廠化加工制作、現場施工組裝、方便快捷工程作業的需求，更具備成本低、重量輕、工業化程度高、施工周期短、綜合經濟效益高、柱網布置比較靈活且適用范圍廣的特點，極具實用價值。

2 輕型門式剛架結構工業廠房設計實例

2.1 工程概況

某工程為云南垅田農業科技開發有限公司18萬噸馬鈴薯深加工聯合車間。項目建設地點為云南省曲靖市，聯合車間為單層門式剛架結構，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 結構選型及布置

1）結構形式的確定，該類廠房以前多數為混凝土排架結構廠房，主要考慮內部管道多，混凝土柱便于在后期設置管道支架，同時在防火、防腐蝕等方面具有獨特的優勢，但與剛結構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，經各方協商，最終確定采用雙坡多跨門式剛架結構。這種結構形式簡單，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構，在柱間支撐、屋面水平支撐及縱向構件相互聯系下，形成空間的穩定整體，以保證廠房結構的縱向及橫向水平剛度，將水平荷載（風荷載、地震作用）傳給基礎。按照規范要求，①在每個溫度區段或分期建設的區段中，應分別設置能獨立構成空間穩定結構的支撐體系；②在設置柱間支撐的開間，應同時設置屋蓋橫向支撐，以構成幾何不變體系；③端部支撐宜設在溫度區段端部的第一或第二個開間。柱間支撐的間距應根據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當房屋高度較大時，柱間支撐應分層設置；當房屋寬度大于60m時，內柱列宜適當設置支撐；⑤當端部支撐設置在端部第二開間時，在第一個開間的相應位置應設置剛性系桿。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置柱間支撐，橫向在內柱列增設柱間支撐。

2.3 結構設計與分析

剛架設計，1）荷載取值，剛架主體采用中國建筑科學研究院PKPM-STS軟件進行計算。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 荷載標準值

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

從計算結果看出，構件的最大應力比為0.97，出現在屋脊鋼梁處。柱頂相對位移、鋼梁撓度、柱平面外最大長細比均按現行《鋼結構設計規范》和《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》中要求從嚴控制。從計算結果看，上述指標均滿足規范要求，特別是風荷載標準值作用下柱頂相對位移遠小于規范限值要求。

2.4 檁條和墻梁的布置

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

墻梁的布置，應考慮設置門窗、挑檐、遮雨棚等構件和圍護材料的要求，按計算結果選用。

當檁條跨度大于4m時，應在檁條間跨中位置設置拉條，跨度大于6m時，應在檁條跨度三分點處各設置一道拉條。