輕型門式剛架設計中鋼號的合理選擇

段志鵬

（山西國控環(huán)球工程有限公司，山西 太原 030000）

在工程實踐之中輕型門式鋼架呈現(xiàn)出了整體結(jié)構(gòu)簡單，受力傳遞方向明確，建筑施工工期短等一系列優(yōu)點，進而在各種類型的建筑物之中得到了非常廣泛的應用。在進行輕型門式鋼架的設計過程中，主體結(jié)構(gòu)的的材料選擇對設計的經(jīng)濟性和使用的安全性具有非常重要的影響。在國內(nèi)建筑行業(yè)中通常使用的輕型門式鋼架是由Q235B鋼和Q345B鋼制作而成。實際上我國的輕型門式鋼架設計人員也主要以這兩種鋼材為原料進行輕型門式鋼架的設計。這兩種鋼材在機械性能和力學性能上都具有較大的差異，兩者的屈服強度存在一定的差異，其中Q235B的屈服強度低于Q345B的屈服強度，但是在使用的過程之中Q235B的延展性遠遠的高于Q345B的延展性。在受力較大，可能存在較大變形和一定位移的輕型門式鋼架設計之中通常選用Q235B。對于對靜態(tài)承載能力有著更高要求的輕型門式鋼架則一般選擇Q345B型鋼材，其屈服強度高，靜態(tài)承載能力更強。在進行輕型門式鋼架的設計過程之中鋼號的選擇對輕型門式鋼架的整體經(jīng)濟性和安全性都產(chǎn)生了非常重要的影響，因此鋼號的選擇是輕型門式鋼架設計的一個重點。

1 無吊車載荷

在設計的過程之中為了增強設計的實際意義，選擇一個真實存在的應用場景。該項目為建設一單跨雙坡的工業(yè)用廠房，柱距大小為7.5米，整體的跨度為24米，屋面的坡度為i=10%，其需要的輕型門式鋼架的長度為75米，寬度為24米。基本設計條件參考國家規(guī)定的相關行業(yè)規(guī)范。

在進行設計的過程之中采用了抗震的構(gòu)造即在水平方向上增加了系桿，并在水平面上設置了支撐，在各個標準柱之間也設置了支撐，有效的減少了梁柱之外其他部分構(gòu)件的長度計算。依據(jù)這一工業(yè)廠房的實際布置情況取鋼梁平面之外的長度為3米，取鋼柱平面外長度為6米。對相關的主要鋼架結(jié)構(gòu)分別采用Q235B型鋼材和Q345B型鋼材進行設計，依據(jù)相關的專業(yè)軟件進行計算。設定構(gòu)成鋼架的各個部件的應力比為0.9在進行計算的過程之中借助的相關信息如下：

采用的設計規(guī)范為最新發(fā)布的相關規(guī)范，在設計的過程之中選定0.8為周期折減系數(shù)，三級抗震能力。在設計的過程之中設定檐口和鋼柱之間采用剛性連接的方式，以1：60的比例控制鋼柱的頂部位移和高度；以1：180的比例控制梁的撓度和跨度；選定180的標準進行各個受壓構(gòu)件長細比的控制；選定300的標準進行受拉構(gòu)件的長細比控制。在設計中鋼梁的截面為分段變截面，鋼柱的截面為工字形。當選用Q235B時經(jīng)計算可知主鋼架結(jié)構(gòu)的整體用鋼量為3685千克；當采用Q345B型鋼材時經(jīng)計算可知整體鋼架的用鋼量為3501千克。

2 有吊車載荷

設定在上文論述的工程實例之中需要增設一臺自重為3噸的A3型吊車。該吊車的基本參數(shù)為最大起重量為15噸，最大跨度為22.5米，吊車上配備的起重機的最大重量為570千牛，其能夠產(chǎn)生的最大輪壓為142千牛，在運行的過程之中出現(xiàn)的最小輪壓是66千牛。在設計的過程之中采用的相關設計參數(shù)信息如下：

采用的設計規(guī)范為最新發(fā)布的相關規(guī)范，在設計的過程之中選定0.8為周期折減系數(shù)，三級抗震能力。在設計的過程之中設定檐口和鋼柱之間采用剛性連接的方式，以1：60的比例控住鋼柱的頂部位移和高度；以1：180的比例控制梁的撓度和跨度；選定180的標準進行各個受壓容件長細比的控制；選定300的標準進行受拉構(gòu)件的長細比控制。在設計中鋼梁的截面為分段變截面，鋼柱的截面為工字形。當選用Q235B時經(jīng)計算可知主鋼架結(jié)構(gòu)的整體用鋼量為4263千克；當采用Q345B型鋼材時經(jīng)計算可知整體鋼架的用鋼量為3958千克。

3 分析比較

在進行輕型門式鋼架的設計過程之中要對用鋼量進行合理的控制，其核心在兩個方面：一是輕型門式鋼架的整體內(nèi)力分布情況；二是鋼梁和鋼柱截面的耦合性。在設計的過程之中通過對鋼柱和鋼梁的橫截面積的有效控制進而控制輕型門式鋼架內(nèi)部慣性矩和內(nèi)力的分布情況。在設計的過程之中要強調(diào)從結(jié)構(gòu)整體和局部兩個角度去分析和討論輕型門式鋼架的強度、穩(wěn)定性等綜合機械性能和力學性能。不同類型的工字鋼其翼緣的厚度，腹板的厚度等都存在一定的差距，這些細微的差距對整體結(jié)構(gòu)的慣性矩和內(nèi)力分布等產(chǎn)生了巨大的影響，在設計的過程之中控制截面積的核心實質(zhì)上就是控制工字鋼的翼緣厚度，腹板的厚度。我國相關的設計規(guī)范在制定的過程之中遵循的基本原則是強化鋼柱的各項機械性能和力學性能，適當?shù)娜趸摿航Y(jié)構(gòu)的機械性能和力學性能。在實際的設計過程之中考慮到對寬厚比和高厚比等因素的影響，其設計結(jié)果同上文之中的論述基本上趨于一致。兩種工況之下主鋼架的用鋼量存在的區(qū)別較小，在無載荷的情況下差距僅為184千克，在有載荷的情況下差距僅為305千克。在進行鋼號選擇的過程之中還需要考慮到市場的因素即兩種剛材在市場之中的價格存在較大的差別。

4 結(jié)語

在工程實踐之中不同類型的設計條件其設計方式存在較大的區(qū)別，文章的設計方式僅針對本文所述特定實例，論述的思想具備一定的參考借鑒意義，論述的內(nèi)容切勿生搬硬套到實際設計之中。