【摘要】本文筆者根據(jù)自己的工作實(shí)踐，闡述了鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)的一般規(guī)定及荷載，分析了鋼結(jié)構(gòu)門(mén)式剛架的設(shè)計(jì)，有重要的參考價(jià)值。 

　　【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房；門(mén)式剛架 

　　引言 

　　鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房在我國(guó)工業(yè)建筑中應(yīng)用越來(lái)越普遍，并逐漸向復(fù)雜化、大型化、多功能化方向發(fā)展。門(mén)式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)具有受力簡(jiǎn)單、傳力路徑明確、構(gòu)件制作快捷、便于工廠(chǎng)化加工、施工周期短等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)等工業(yè)建筑中。下面筆者以鋼結(jié)構(gòu)門(mén)式剛架的設(shè)計(jì)為例，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。 

　　一、鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)的一般規(guī)定及荷載 

　�。�1） 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，除疲勞強(qiáng)度計(jì)算外，應(yīng)采用以概率理論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，并用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。值得注意的是對(duì)于不同的荷載和不同的極限狀態(tài)，這些分項(xiàng)系數(shù)具有不同的數(shù)值，同樣不同的材料也具有不同的材料抗力分項(xiàng)系數(shù)。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是建立在統(tǒng)一的可靠度指標(biāo)上的，因而使結(jié)構(gòu)具有一致的有效概率，能得到更為合理的荷載及其效應(yīng)組合，從而獲得更為經(jīng)濟(jì)和安全的設(shè)計(jì)結(jié)果。 

　�。�2）結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)稱(chēng)為臨界狀態(tài)，當(dāng)超過(guò)這一狀態(tài)時(shí)便不再滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，故稱(chēng)這一臨界狀態(tài)為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。承重結(jié)構(gòu)應(yīng)按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件達(dá)到最大承載極限或者是到了不再適合繼續(xù)承受荷載的變形狀態(tài)時(shí)就稱(chēng)為承載能力極限狀態(tài)；當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的極限狀態(tài)，比如鋼構(gòu)件中包括變形、振動(dòng)等等，這就稱(chēng)為正常使用極限狀態(tài)。 

　　（3）設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能出現(xiàn)的后果，采用相應(yīng)安全等級(jí)。普通民用和工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中采取二級(jí)的安全等級(jí)，針對(duì)某些特殊的建筑鋼結(jié)構(gòu)則要結(jié)合實(shí)際情況選取合理的安全等級(jí)。 

　　（4）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接在進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，不僅要對(duì)荷載基本效應(yīng)組合進(jìn)行考慮，必要時(shí)還要對(duì)荷載偶然效應(yīng)組合進(jìn)行考慮。對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與強(qiáng)度進(jìn)行荷載基本效應(yīng)組合的計(jì)算時(shí)，一般極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的表達(dá)式為： 

　　式中r0為結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定采用；S為荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值。 

　�。�5）用正常使用極限狀態(tài)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合應(yīng)給予考慮，對(duì)鋼與混凝土組合梁，應(yīng)考慮準(zhǔn)永久組合。一般表達(dá)式為： 

　　式中C為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值，如變形、振幅、加速度、應(yīng)力等的限值。 

　　（6）計(jì)算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及連接的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)采用荷載設(shè)計(jì)值；計(jì)算疲勞和正常使用狀態(tài)的變形時(shí)，應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算變形時(shí)可不考慮螺栓（或鉚釘）孔引起的截面削弱，荷載的設(shè)計(jì)值和標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》采用。 

　�。�7）計(jì)算承重鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，還應(yīng)考慮下列情況：對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，計(jì)算強(qiáng)度和穩(wěn)定性時(shí)，動(dòng)力荷載值應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)；計(jì)算疲勞和變形時(shí)，動(dòng)力荷載標(biāo)準(zhǔn)值不乘動(dòng)力系數(shù)。動(dòng)力系數(shù)應(yīng)按《荷規(guī)》相關(guān)規(guī)定采用。 

　　二、鋼結(jié)構(gòu)門(mén)式剛架的設(shè)計(jì) 

　　1、結(jié)構(gòu)組成 

　　門(mén)式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房一般由橫向剛架、支撐體系、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等組成，有時(shí)還設(shè)有托梁、吊車(chē)梁、制動(dòng)梁（或制動(dòng)析架）等，并由這些構(gòu)件組成空間剛性體系。這些構(gòu)件按其作用可分為： 

　�。�1）橫向剛架：由柱和屋面斜梁組成，是門(mén)式剛架的主要承重體系，承受結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用、吊車(chē)的豎向與橫向荷載及其他活荷載，并把這些荷載傳遞到基礎(chǔ)。 

　�。�2）支撐體系：包括屋面支撐和柱間支撐，它一方面與柱、吊車(chē)梁等組成門(mén)式剛架鋼結(jié)構(gòu)的縱向受力體系，承擔(dān)風(fēng)、吊車(chē)、地震作用等的縱向水平荷載；另一方面又把主要承重體系由單個(gè)平面結(jié)構(gòu)連成空間整體結(jié)構(gòu)，從而保證了門(mén)式剛架鋼結(jié)構(gòu)所必需的剛度和穩(wěn)定。 

　�。�3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)：屋面檀條和墻梁是圍護(hù)材料的支承結(jié)構(gòu)，主要承受?chē)�護(hù)材料的自重及風(fēng)荷載：同時(shí)也為橫向剛架提供了部分側(cè)向支承。 

　�。�4）托梁：當(dāng)某榀剛架中的柱因?yàn)榻ㄖ�掙空需要而被抽掉時(shí)，需設(shè)置托梁，托梁通常橫跨在相鄰的兩榀剛架柱之間，支承己抽柱位置上的剛架斜梁。 

　�。�5）吊車(chē)梁和制動(dòng)梁（或制動(dòng)桁架）主要承受吊車(chē)豎向及水平荷載，并將這些荷載傳到橫向剛架和縱向受力體系上。 

　　2、結(jié)構(gòu)布置 

　�。�1）建筑尺寸 

　　門(mén)式剛架的跨度取橫向剛架柱軸線(xiàn)間的距離，一般主要依據(jù)工藝和建筑要求而定，宜采用9-36m，并以3m為模數(shù)；門(mén)式剛架的合理間距應(yīng)綜合考慮剛架跨度、荷載條件及使用要求等因素，一般宜取6m， 7.5m或9m；門(mén)式剛架的高度應(yīng)根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高確定，有吊車(chē)的廠(chǎng)房應(yīng)根據(jù)軌頂標(biāo)高和吊車(chē)凈空的要求確定，宜取4.5～9m，必要時(shí)可適當(dāng)放大。 

　　門(mén)式剛架鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常剛度不大，溫度應(yīng)力也相對(duì)較小，因此其溫度分區(qū)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式相比可適當(dāng)放寬，但應(yīng)符合下列規(guī)定：縱向溫度區(qū)段的長(zhǎng)度應(yīng)該小于300m，橫向溫度區(qū)段的長(zhǎng)度應(yīng)該小于150m，如果有相關(guān)的計(jì)算根據(jù)，溫度區(qū)段的長(zhǎng)度可以相對(duì)加大點(diǎn)。如果房屋的平面尺寸超過(guò)上述規(guī)定，需設(shè)計(jì)伸縮縫，伸縮縫的兩種做法為：（a）設(shè)置雙柱；（b）在檀條的搭接處螺栓連接選擇長(zhǎng)圓孔，同時(shí)在構(gòu)造上允許屋面板該處發(fā)生脹縮。 

　　（2）檀條和墻梁的布置 

　　通常情況下屋面處的檀條應(yīng)該布置成等間距。然而屋脊處，除了應(yīng)該在屋脊兩側(cè)分別布置檀條外，同時(shí)還應(yīng)于天溝處設(shè)置一道檀條，前者是為了防止屋面板外伸寬度過(guò)長(zhǎng)，后者是為了固定天溝。在計(jì)算檀條間距時(shí)，不僅要考慮天窗、采光帶、屋面材料的影響，還要考慮通風(fēng)屋脊、檀條形式等因素。 

　　（3）支撐及剛性系桿的布置 

　　在每一個(gè)分期建設(shè)的區(qū)段或者溫度區(qū)段中，都應(yīng)該布置相應(yīng)的支撐體系，而且要求這種支撐體系能夠獨(dú)立地形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)；布置柱間支撐相應(yīng)的開(kāi)間時(shí)，為保證它是一個(gè)幾何不變體系，通常也要對(duì)其設(shè)置屋蓋橫向支撐；端部支撐通常布置于溫度區(qū)段端部，如果將它設(shè)計(jì)在第二個(gè)開(kāi)間，那么應(yīng)該將若干剛性系桿布置在第一個(gè)開(kāi)間的相應(yīng)位置；通常先對(duì)房屋的縱向受力情況進(jìn)行分析，然后結(jié)合房屋的安裝條件，再進(jìn)行柱間支撐的間距選取，通常取30-45m；如果設(shè)置了吊車(chē)則應(yīng)該小于60m；45℃的支撐斜桿可以高效地傳遞水平荷載。假若房屋高度比較大，那么應(yīng)該分層設(shè)置柱間支撐：假若房屋的寬大于60m，通常應(yīng)該在內(nèi)柱列設(shè)置支撐；宜沿房屋的全長(zhǎng)在剛架屋脊和柱頂?shù)绒D(zhuǎn)折部位布置若干剛性系桿；對(duì)于以支撐斜桿等為組成構(gòu)件的水平析架而言，直腹桿應(yīng)該考慮成剛性系桿；剛性系桿可由檀條兼作，當(dāng)剛度或承載力不足時(shí)可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H形鋼或其他截面形式的桿件。 

　　結(jié)語(yǔ) 

　　總之，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，應(yīng)運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)從整體上把握結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)選型、合理布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，正確分析和處理結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，并輔以必要的構(gòu)造措施，確保結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和合理性。 

　　參考文獻(xiàn)： 

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