一.       問題的提出

門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)用于大跨度的單層工業(yè)廠房，其優(yōu)越性越來越被業(yè)主接受，跨度也越做越大，30米以上跨度已屢見不鮮。然而由于鋼材市場(chǎng)的價(jià)格波動(dòng)，鋼柱的用鋼量大于鋼梁的用鋼梁，加上防火涂料價(jià)格的昂貴，不少業(yè)主提出采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土柱，H鋼梁的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)際上，這已給設(shè)計(jì)人員提出了一種新的結(jié)構(gòu)體系，由于目前現(xiàn)有的國(guó)家規(guī)范、規(guī)程沒有針對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行專門的規(guī)定，譬如受力分析、變形限值等等，加上一些設(shè)計(jì)人員將其與門式剛架結(jié)構(gòu)混淆，從而使設(shè)計(jì)導(dǎo)入誤區(qū)，留下安全隱患，造成了較嚴(yán)重的后果，諸如鋼梁撓度大大超過限值要求，甚至脫落砸傷人，因此有必要對(duì)這種結(jié)構(gòu)體系有一個(gè)明確的描述，對(duì)它的受力特點(diǎn)有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)，才能使設(shè)計(jì)做到合理，防患于未然。

二.       結(jié)構(gòu)體系的描述

2.1  上述的結(jié)構(gòu)形式如果Rc柱頂與H人字形鋼梁剛接，仍可定性為門式剛架體系，參照門式剛架的受力特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。然而由于其柱頂與鋼梁的結(jié)合上由兩種完全不同的材料組成，其傳力是否可靠，至關(guān)重要，鋼梁為彈性材料，Rc柱為彈塑性材料，Rc柱頂混凝土節(jié)點(diǎn)區(qū)作為剛性節(jié)點(diǎn)，受力十分復(fù)雜，因此柱頂節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造也較為復(fù)雜，這就給設(shè)計(jì)和施工造成了一定的難度，也增加了造價(jià)。實(shí)際上該類節(jié)點(diǎn)要做到完全剛性節(jié)點(diǎn)，也難以做到，設(shè)計(jì)時(shí)仍應(yīng)適當(dāng)提高鋼梁跨中的彎矩系數(shù)。

2.2  上述的結(jié)構(gòu)形式，如果Rc柱頂與H人字形剛梁鉸接，則不能定性為門式剛架體系，從其受力特點(diǎn)來分析，對(duì)H鋼人字形鋼梁應(yīng)定性為兩鉸折線拱，應(yīng)按照拱的受力特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，拱腳提供的反力應(yīng)能阻止拱的位移變形，在小跨度的情況下（一般為跨度18米及18米以下），拱腳提供的反力取決于Rc柱的抗推力（側(cè)位移剛度），在大跨度的情況下（一般為跨度18米以上），則應(yīng)設(shè)置拉桿或在梁、柱間采用剛接節(jié)點(diǎn)。對(duì)Rc柱而言，應(yīng)定性為跨變結(jié)構(gòu)排架柱，按跨變排架進(jìn)行受力分析和設(shè)計(jì)。

2.3  上述結(jié)構(gòu)形式，如果H人字形鋼梁接近于平拱或做成平拱，Rc柱頂仍與鋼梁鉸接，則結(jié)構(gòu)體系演變?yōu)榕偶芙Y(jié)構(gòu)體系（無跨變排架），可按排架進(jìn)行受力分析和設(shè)計(jì)。

三.       結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)考慮的問題：

對(duì)于上述的雙鉸折線拱H鋼屋梁和跨變Rc排架柱的結(jié)構(gòu)體系，若未設(shè)置拉桿，其計(jì)算較為繁瑣，如果未予以認(rèn)真對(duì)待或認(rèn)識(shí)不清，僅采用通常平面桿系計(jì)算軟件電算了事，不管其跨度多大都一樣，則是一種不負(fù)責(zé)任的做法，也給結(jié)構(gòu)留下安全隱患。實(shí)際上，目前通用的平面桿系計(jì)算軟件是基于兩個(gè)基本假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行受力分析的，其一是平截面假設(shè)，即結(jié)構(gòu)受力后桿件的截面保持不變，其二是桿件與桿件之間的夾角不變，即結(jié)構(gòu)受力后梁，柱之間或折梁之間的夾角不變。這種假設(shè)對(duì)門式剛架而言，是符合其計(jì)算簡(jiǎn)圖的，但這種假設(shè)對(duì)本文所針對(duì)的結(jié)構(gòu)則不適用，也不符合實(shí)際受力的計(jì)算簡(jiǎn)圖，首先人字型鋼梁由于拱腳推力較大（跨度越大，推力就越大），如果拱腳不設(shè)置拉桿或柱的抗推力（側(cè)向剛度）不足，將產(chǎn)生較大水平位移，勢(shì)必造成鋼梁屋脊處夾角的改變，即桿件與桿件之間夾角的改變，不符合計(jì)算軟件的基本假設(shè)，其次由于拱腳水平位移的加大，給Rc柱增加了附加彎矩，即存在二階效應(yīng)問題，而軟件計(jì)算又未考慮二階效應(yīng)，再者由于懸索效應(yīng)，屋面鋼梁內(nèi)力將急劇增加，柱頂?shù)募袅σ布眲≡黾�，反過來又造成更不利的情況，這些都是目前計(jì)算軟件沒有考慮和解決的問題，因此電算的結(jié)果將產(chǎn)生較大的誤差，直接用電算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)顯然是不合理和錯(cuò)誤的，勢(shì)必留下安全隱患，要解決這個(gè)問題，首先應(yīng)解決好計(jì)算問題。

四.       對(duì)策和建議：

根據(jù)近兩年送審的施工圖，上述的結(jié)構(gòu)體系普遍存在如下問題，第一，不論跨度大小如何，均采用電算結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)；第二，采用電算中的柱頂剪力進(jìn)行抗剪設(shè)計(jì)，認(rèn)為屋蓋恒載產(chǎn)生的屋梁底板與Rc柱頂之間的摩擦力能滿足設(shè)計(jì)要求，柱頂不用設(shè)置抗剪鍵，甚至30米跨度的鋼梁僅采用2個(gè)M24的螺柱與柱頂連接；第三，鋼梁跨中撓度也采用電算結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)，而不考慮屋梁屋脊處夾角的改變產(chǎn)生的撓度變化；第四，未考慮Rc柱產(chǎn)生二階效應(yīng)后，內(nèi)力增加，Rc柱頂也未采取構(gòu)造加強(qiáng)措施。

根據(jù)上述存在的問題，本文建議：

4.1  跨度20米以上的結(jié)構(gòu)，采用本文2.1條闡述的結(jié)構(gòu)體系，將Rc柱頂與鋼梁設(shè)計(jì)成剛接節(jié)點(diǎn)，這里提供兩種做法，其一，參照鋼柱外包式柱腳的做法，在Rc柱頂增加短鋼柱并埋入Rc柱項(xiàng)，短鋼柱與鋼梁剛接，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和計(jì)算按外包式柱腳的有關(guān)規(guī)定。Rc柱頂采用至少φ12@100的箍筋加強(qiáng)，體積配箍率大等于1.2%，其二，參照網(wǎng)架支座預(yù)埋件的做法，但加以改進(jìn)做成剛接節(jié)點(diǎn)，即將鋼梁支座底板與支座預(yù)埋件鋼板周邊電焊，并在支座底上開幾個(gè)圓孔塞焊，使支座底板與預(yù)埋件鋼板融成一體，預(yù)埋件按彎、拉、剪受力的有關(guān)規(guī)定計(jì)算，并滿足構(gòu)造要求，Rc柱頂箍筋加強(qiáng)做法同上。

4.2  跨度20米及20米以下的結(jié)構(gòu)可采用本文2.2條闡述的結(jié)構(gòu)體系，如果Rc柱的抗推力不足，則可設(shè)置拉桿，拉桿可用φ25以上的鋼筋，一般為兩條，此類節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)人員比較熟悉，這里不再贅述，應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是要采取措施，不使拉桿由于自重作用下垂，并且計(jì)算中控制拉桿不出現(xiàn)壓力，Rc柱頂箍筋加強(qiáng)做法同上。

4.3  跨度20米以上的結(jié)構(gòu)，若不采用4.1條中的方法，也可以采用2.3條闡述的結(jié)構(gòu)體系，將屋梁減小坡度，形成平拱或接近平拱，結(jié)合屋面的排水要求，屋面坡度可采用1/20～1/25，Rc柱頂與鋼梁采用鉸接，柱頂錨筋跨度小于27米時(shí)，至少采用2個(gè)M30，跨度大等于27米時(shí)，至少采用4個(gè)M30，并在鋼梁支座底板下設(shè)置抗剪鍵，受力分析可按無跨變排架進(jìn)行，必須指出的是普通的排架主要承受水平力，而這種結(jié)構(gòu)主要承受的垂直力，包括風(fēng)吸力，撓度應(yīng)控制在1/400，因此這種結(jié)構(gòu)的鋼梁用鋼量是較大的。

綜上所述，由于對(duì)上述結(jié)構(gòu)體系的受力分析和計(jì)算，目前研究的還不夠，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，20米跨度以上不采用這種結(jié)構(gòu)形式，20米跨度應(yīng)慎重采用，18米跨度及以下的可以采用，但要采用正確的計(jì)算方法。