單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)
關(guān)鍵詞：門式剛架輕型房屋，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)造措施，注意事項(xiàng)
一、工程概況
本工程平面尺寸為138m*76m，檐口標(biāo)高為11.0m,柱網(wǎng)平面、門架立面分別如圖一、圖二。工程位于廣東佛山，抗震設(shè)防烈度為7度第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，擬建場(chǎng)地為III類場(chǎng)地，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)。基本風(fēng)壓為0.5kN/m2。屋面和墻面采用彩鋼板做維護(hù)結(jié)構(gòu)。樁基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。
二、結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算
取計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖三，用PKPM系列中的STS程序進(jìn)行內(nèi)力分析�？紤]恒荷載和活荷載為0.2kN/m2和0.3kN/m2錄入；左風(fēng)時(shí)，風(fēng)荷載體型系數(shù)按圖三所示數(shù)值，并考慮風(fēng)壓高度系數(shù)計(jì)算錄入；鋼梁平面外計(jì)算長(zhǎng)度按隅撐間距3.0m錄入。計(jì)算經(jīng)調(diào)試，選用如圖二所示截面的構(gòu)件時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。其中，鋼梁截面是由強(qiáng)度控制，作用彎矩與考慮屈曲后的強(qiáng)度抗彎承載力之比為0.95；鋼柱截面是由平面外穩(wěn)定控制，邊柱和中柱的平面外穩(wěn)定應(yīng)力之比分別為0.96和0.94。
在結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算中要注意的是：計(jì)算簡(jiǎn)圖的合理簡(jiǎn)化，風(fēng)荷載體型系數(shù)的選用，計(jì)算長(zhǎng)度的正確選取。
1. 計(jì)算簡(jiǎn)圖的合理簡(jiǎn)化
計(jì)算簡(jiǎn)圖的假設(shè)一定要與實(shí)際相符。本工程為全鋼結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)之間采用高強(qiáng)螺栓連接，構(gòu)件之間容易實(shí)現(xiàn)軸力、彎矩、剪力的傳遞，采用如圖三所示的簡(jiǎn)圖。如果本工程采用鋼梁混凝土柱結(jié)構(gòu)，考慮到節(jié)點(diǎn)的做法和內(nèi)力的傳遞，則采用如圖四所示的計(jì)算簡(jiǎn)圖才比較合理。
2. 風(fēng)荷載體型系數(shù)的正確選用
門剛技術(shù)規(guī)程給出的剛架風(fēng)荷載體型系數(shù)，有一定的適用范圍，超出該范圍，仍按荷載規(guī)范取值，才比較安全。例如檐口高而跨度小，即“瘦高”的工程，應(yīng)按荷載規(guī)范取風(fēng)荷載體型系數(shù)。另外，因建筑方案的千變?nèi)f化，荷載規(guī)范也往往不能窮舉各工程的體型，那么，工程師就要根據(jù)實(shí)際情況，給出合理判斷，選用較為偏安全的體型系數(shù)了。如圖五，是筆者曾處理的一個(gè)工程，體型系數(shù)是結(jié)合規(guī)范和個(gè)人判斷給出，列出來供參考。
3.計(jì)算長(zhǎng)度的正確選取
構(gòu)件平面外的選取，應(yīng)該與工程實(shí)際相符。門式剛架梁和柱構(gòu)件，均按照壓彎構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定的驗(yàn)算。對(duì)于平面外穩(wěn)定驗(yàn)算，計(jì)算長(zhǎng)度是個(gè)密切相關(guān)的因素。而平面外計(jì)算長(zhǎng)度，應(yīng)取側(cè)向支承點(diǎn)間的距離。絕大部分設(shè)計(jì)工程師均認(rèn)同支撐系統(tǒng)的壓桿可以作為平面外的側(cè)向支撐點(diǎn)；而對(duì)于隅撐是否可以作為平面外的側(cè)向支撐點(diǎn)，設(shè)計(jì)工程師們有比較大的分歧。筆者不認(rèn)同簡(jiǎn)單一刀切的認(rèn)為隅撐“是”、或“否”作為平面外的側(cè)向支撐點(diǎn)，這個(gè)問題要具體問題具體分析。隅撐能作為平面外的側(cè)向支撐點(diǎn)的兩個(gè)要素，一是屋面板有一定的剛度，二是屋面板與鋼梁是可靠連接。我們目前用得比較多的壓型鋼板、彩鋼板、水泥纖維瓦等，均可認(rèn)為有一定的剛度；而屋面板與檁條的連接，通常采用自攻釘連接或螺栓連接，則認(rèn)為是可靠連接。如果屋面板體系為浮動(dòng)式，例如用板扣合的方式連接，則認(rèn)為連接不可靠，也就不能認(rèn)為隅撐是平面外的側(cè)向支撐點(diǎn)了�！�
三、構(gòu)造措施
1.支撐系統(tǒng)
本工程分別在端開間和縱方向兩個(gè)1/3處，共設(shè)置4道柱間支撐和水平支撐。需要注意的是，門式剛架不需要考慮溫度應(yīng)力，柱間支撐的設(shè)置，與普通鋼結(jié)構(gòu)工程是有區(qū)別的。在設(shè)置柱間支撐的開間，一般同時(shí)設(shè)屋蓋水平支撐，以組成幾何不變體系；在水平交叉之間設(shè)剛性系桿，也是為了組成幾何不變體系。支撐系統(tǒng)傳遞水平力，通常可以通過計(jì)算風(fēng)力的傳遞來確定截面。
另外要注意的是，山墻抗風(fēng)柱與鋼架的連接，應(yīng)該是位于橫向支撐剛性系桿處，也就是水平支撐的邊節(jié)點(diǎn)處。如果不在此處，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)采取其它措施和經(jīng)過必要的驗(yàn)算。例如可以根據(jù)具體情況設(shè)置傳遞梁，或在支撐交叉點(diǎn)處增加桿件，以傳遞抗風(fēng)柱傳來的水平力。
2.屋面系統(tǒng)
本工程屋面檁條和墻面墻梁均采用C型冷彎型鋼，其中屋面檁條邊角區(qū)和中間區(qū)的型號(hào)分別選用C160*70*20*3和C160*60*20*2.2，跨度6m，間距1.2m，設(shè)2道直拉條。
需要注意的是，直拉條的設(shè)置，是設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。在輕鋼結(jié)構(gòu)中，風(fēng)吸力作用下檁條的受壓穩(wěn)定驗(yàn)算通常是個(gè)控制要素，而設(shè)兩道拉條，比僅設(shè)一道拉條，縮短了拉條間的距離，根據(jù)門規(guī)相關(guān)驗(yàn)算公式，更容易保證風(fēng)吸力作用下檁條的受壓穩(wěn)定驗(yàn)算。另一方面，拉條承受屋面線荷載沿坡度方向的分量（檁條承受屋面荷載垂直坡度方向的分量），在屋脊處，為了使兩個(gè)坡度方向的分量在屋脊處平衡，應(yīng)將屋脊處兩根脊檁連成整體。
對(duì)于斜拉條和直撐桿的設(shè)置，檐口處是必須設(shè)置的，這是為了防止檁條向屋脊方向彎扭失穩(wěn)。在屋脊和天窗缺口處，則要根據(jù)實(shí)際情況決定是設(shè)置或不設(shè)置斜拉條和直撐桿，一般跨度不大、屋面對(duì)稱、坡度較小，則可以免設(shè)屋脊處的斜拉條和直撐桿，但由于本工程是采用了兩道拉條，雖是屋面對(duì)稱，但荷載的分量不對(duì)稱，所以還是在屋脊處增設(shè)了斜拉條和直撐桿。
3.關(guān)于隅撐
屋面平面，本工程從檐口位置起，每隔一個(gè)檁條，設(shè)置一對(duì)隅撐。
墻面平面，在檐口位置，是門剛結(jié)構(gòu)的柱和梁的交接點(diǎn)，彎矩在此達(dá)到最大值，此處最容易出現(xiàn)屈曲，從而引起門剛的破壞，所以，在檐口附近的柱內(nèi)翼緣，設(shè)置隅撐是十分必要的。但此位置的隅撐常常為設(shè)計(jì)工程師所忽略和丟漏，應(yīng)該引起注意。
總結(jié)一下，我們?cè)诓贾弥误w系以及隅撐的常用步驟和方法，是首先根據(jù)房屋的適用要求布置抗風(fēng)柱，然后根據(jù)抗風(fēng)柱柱頂位置布置屋面水平支撐的節(jié)點(diǎn)和支撐桿件。因?yàn)閯偧苄绷涸试S在任意位置布置屋面水平支撐的節(jié)點(diǎn)，屋面水平支撐的交叉斜桿為柔性拉桿，通常為張緊的鋼筋，與剛架斜梁的連接較為簡(jiǎn)單，可以不必等間距布置，這是門式剛架與普通鋼結(jié)構(gòu)屋架的不同之處。另外要注意的是，在抗風(fēng)柱與剛架斜梁連接處，剛架斜梁下翼緣也應(yīng)設(shè)置隅撐。
四、結(jié)語
本文以一個(gè)工程實(shí)例為基礎(chǔ)，結(jié)合筆者在審圖工作中遇到的常見問題，作出了探討、總結(jié)和提醒，希望設(shè)計(jì)師們?cè)谔幚眍愃乒こ添?xiàng)目時(shí)，能思路清晰，概念清楚，同時(shí)注意常見設(shè)計(jì)問題，采取相應(yīng)措施，更快更好地處理類似問題。
參考文獻(xiàn)：
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