關鍵字：門式剛架 輕鋼結構 樁基設計 用鋼量
1 工程概況
福州瑞聯(lián)鋼有限公司30萬噸冷板工程1#廠房位于馬尾連104國道西北測，廠房長度234m，跨度為21+21m，建筑面積1萬m2。吊車軌頂標高為10.0m。見圖1，柱腳采用剛接，采用門式剛架結構，主剛架采用熱軋H型鋼，Q345B級。屋面坡度采用1/10。計算采用鋼結構STS。至今該工程已竣工投產(chǎn)近一年。
圖1 建筑剖面圖
2 基礎設計
2.1 地質(zhì)條件
根據(jù)巖土工程勘察報告，工程地質(zhì)情況見表1，建筑場地類別為Ⅲ類。
表1地基各巖土層設計計算指標推薦使用值表
層 號 | 指 項 標 目 值 巖土層 名稱 | 天然 容重 | 壓縮模量 | 內(nèi)聚力 | 內(nèi)摩擦角 | 承載力特征值 | 樁端阻力特征值qsa和樁側阻力特征值qsa | 樁側負摩阻力系數(shù) | 層厚（米） | ||||
預制樁 | |||||||||||||
r | Es1-2 | Es2-3 | Es3-4 | C | φ | fak | qsa | qsa | ζ | ||||
kN/m3 | Mpa | Kpa | 度 | Kpa | Kpa | 0.25 | 1.6~2.2 | ||||||
①-1 | 素填土 | 17.5 | 70-80 | 0.25 | 0.4~2.5 | ||||||||
①-2 | 填中砂 | 17.0 | 80-90 | 0.4~0.9 | |||||||||
② | 粘土 | 18.7 | 4.0-5.0 | 15 | 7.5 | 110-120 | 10-13 | 0.20 | 15.2~37.3 | ||||
③ | 淤泥 | 15.6 | 1.5-20. | 2.0-2.5 | 3 | 3.1 | 40-45 | 6-7 | 0.25 | 1.1~12.10 | |||
④ | 粘土 | 19.1 | 5.5-6.5 | 7.0-9.0 | 31 | 11.6 | 170-190 | 18-20 | 1088-2000 | 1.2~1.8 | |||
⑤ | 淤泥質(zhì)土 | 16.1 | 2.0-2.5 | 2.5-3.0 | 5 | 6.5 | 55-60 | 9-10 | 2.8~4.9 | ||||
⑥ | 粘土 | 19.3 | 7.0-8.0 | 9.0-10.0 | 40 | 11.0 | 180-190 | 18-20 | 5.5~ | ||||
2.2 樁基礎設計
根據(jù)工程地質(zhì)條件及電算結果，由于業(yè)主工期要求快，故采用PHC預應力高強管樁，以粉質(zhì)粘土④為持力層。樁身進入持力層0.8m。單樁豎向承載力特征值R=500kN，由于柱腳固接，吊車作用下，柱底彎矩較大，為使樁不出現(xiàn)拉力，而形成抗撥樁，因此必須采用雙樁，而且樁距不能按常規(guī)取3.5d。本工程邊柱最大軸壓力N=653 kN，M=-364.8 kN，V=-77.8 kN，兩樁樁距取3.2m，承臺高1.2m。墻體傳來4.1×4.5×6= 110.7kN
樁最小反力Nmin=(653+110.7+0.8×4.220)/2－(364.8+77.8×1.0)/3.2=262 kN＜R=600 kN
Nmax=568.35＜1.2R
中柱，N=1137 kN，V=35.4 kN，M=225.6 kN 算得 Nmin=513.9＜R= 600kN
Nmax=690.3＜1.2R= 720kN 經(jīng)計算滿足要求，可滿足抗沖、抗剪要求。
3 上部結構設計
本工程為兩跨21m，兩臺10t+15t重級工作制吊車，柱距6m，共有39跨固接的門式剛架，為保證吊車正常運轉，廠房穩(wěn)定，滿足位移變形要求加強支撐設計和吊車制動桁架來增加廠房的整體空間剛度，全長234m，不設伸縮縫，墻體采用壓型鋼板。選用熱軋H型鋼經(jīng)選用電算定下，用鋼量最低的剛架尺寸，見圖2
圖2 剛架圖
3.1 柱間支撐設計
若支撐設置不當，吊車行走時，就會造成剛架晃動，存在安全隱患，因此支撐的設置非常關鍵，因選用用鋼量小的窄翼緣H型鋼，因此柱平面外計算長度僅能取4m，在高4m處設置一道焊接鋼管側向水平支撐。交叉支撐采用角鋼，在廠房的頭、尾跨設置柱間支撐，中間跨每隔4跨設置一道。在設置柱間支撐的同一跨并設屋面支撐，為能更好傳遞風荷載在屋面每隔4米設一道水平鋼管剛性系桿。
3.2 抗震措施
工程地處設防烈度7度區(qū)，房屋自重小，承載力不受地震作用效應組合控制，可不進行抗震計算。僅針對輕鋼結構的特點采取抗震構造措施。
構件之間的連接均采用螺栓連接，斜梁下翼緣與剛架柱的連接均加腋，柱腳底板設抗剪鍵。增設吊車制動桁架。
3.3 隅撐的設計
隅撐可以用來提高屋面梁式柱的受壓翼緣穩(wěn)定能力，因此在檐口位置，剛架斜梁與柱內(nèi)翼緣交接點附近的檁條和墻梁處，各設置一對隅撐。在斜梁下翼緣受壓區(qū)隔一檁條設隅撐，并使其間距不大于相應受壓翼緣寬度的16倍，見圖3。
圖3隅撐的設計
3.4 高強螺栓連接設計
由于屋面荷載很輕，在設計荷載作用下，斜梁與柱的連接部位主要承受彎矩作用，剪力很小，高強螺栓以受拉為主。剪力由連接構件間的摩擦力傳遞剪力。本工程建筑大量采用陽光板，開窗面積少，風順力大減少，相應剪力也小，選用摩擦型高強螺栓，因此表面可不作專門處理。不必進行摩擦而抗滑移試驗，這有助于提高效益和降低成本。
3.5 檁條設計
檁條的設計計算是最為困難的。首先，在目前設計規(guī)范或規(guī)程中尚無簡單實用的計算公式供設計人員采用，其次，為節(jié)省鋼材，輕鋼結構中的檁條除用于承擔梁的功能外往往兼作支撐體系中的壓桿，同時還通過隅撐對門式剛架的梁和柱提供側向支承。如果考慮門式剛架房屋中的蒙皮效應，則檁條的構造和受力計算更為復雜。檁條通常由薄鋼板冷彎成型，計算中還需考慮屈曲后的有效截面等問題，因此，精確計算檁條的承載力非常困難。在豎向荷載作用下，檁條的自由翼緣受拉，受壓翼緣由于和屋面有可靠的連接面不存在穩(wěn)定問題。
由于Z型連續(xù)檁條是拱接而成的連續(xù)檁條，其內(nèi)力分布較均勻剛度大，能節(jié)省用鋼量，同時在制作、運輸、安裝諸方面都很便利，因此本工程采用Q345 Z型檁條，內(nèi)力計算按如下一種簡單通用的模式考慮：按等截面連續(xù)梁計算模式，考慮活荷載按不利分布作用，光按50%活載均勻滿布得到一個效應值S1，再用50%活荷載按最不利隔跨分布得到一個效應S2。兩者相加即為最不利活荷載所產(chǎn)生的效應S。另外再考慮在支座處因搭接嵌套松動所產(chǎn)生的彎矩釋放10%。
在風吸力作用下，檁條的自由翼緣受壓。因此，當檁條下翼緣無面板側向支撐時，必須對檁條的下翼緣進行穩(wěn)定性驗算。福州地區(qū)基本風壓為0.7 kN/m2，按門式剛架技術規(guī)程附錄E公式計算結果得知，是風吸力作用下穩(wěn)定計算起控制作用。選用Z180×70×22.2 Q345，檁距1.2m，可以滿足要求。
4 結語
本工程至今已竣工投產(chǎn)近一年，吊車運轉正常，經(jīng)歷幾次強臺風和冬夏大溫差的考驗，均能滿足正常使用要求，取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
輕鋼結構的優(yōu)點是節(jié)材高效，耗鋼少，自重輕，制造安裝運輸簡便，工期短，可拆遷，定型批量生產(chǎn)易于實現(xiàn)商品化等。近年來發(fā)展迅速，應用領域日益廣泛。本工程采用剛接柱腳和Q345鋼使用鋼量減少了許多，經(jīng)對比驗算采用Q345鋼的用鋼量比采用Q235鋼的用鋼量下降16%左右，采用較平緩坡度（1/10）的門式剛度也可節(jié)約鋼材。為達到進一步減少鋼耗，降低成本的目的，還可以采用各種先進的科技手段，如引入預應力技術以加強結構剛度和承載力，提高結構穩(wěn)定性，若能在檁條中張拉板材可以防止風吸力下的局部失穩(wěn)和提高彈性受力幅值，將可大大減少檁條的用鋼量。為此，在謀求改進方面希望本文能起到拋磚引玉的作用，同時我們期待著與專家同行的合作。請大家共同關注與探討并指正。
參考文獻
[1] 陸賜麟，輕鋼結構的重量應該更輕，建筑結構[J]，2003（10）
[2] 鋼結構設計規(guī)范 GB50017-2003
[3] 門式剛架輕型技術規(guī)程 CECS102:2002
[4] 陳友泉 魏潮文 郭立湘，輕鋼結構中Z型號連續(xù)檁條設計問題的探討，建筑結構[J]，2003（7）
