淺談門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　[摘要]門式鋼剛架是典型的輕型鋼結(jié)構(gòu)，也是目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的輕型鋼結(jié)構(gòu)。在門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,仍然存在著一些概念性和實(shí)際性的問題需要設(shè)計(jì)人員予以重視,以確保設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高.本文針對門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),探討了結(jié)構(gòu)計(jì)算及設(shè)計(jì)、構(gòu)造措施方面一些需要注意的問題.

　　[關(guān)鍵詞]主結(jié)構(gòu),支撐結(jié)構(gòu),腹板失穩(wěn),腹板屈曲后強(qiáng)度,腹板高厚比

　　門式剛架輕型房屋的組成及技術(shù)特點(diǎn)

　　1.1基本組成

　　門式剛架輕型房屋可分為四大部分：

　　主結(jié)構(gòu)：剛架，吊車梁

　　次結(jié)構(gòu)：檁條，墻架柱，抗風(fēng)柱，墻梁

　　支撐結(jié)構(gòu)：屋蓋支撐，柱間支撐，系桿

　　維護(hù)結(jié)構(gòu)：屋面（屋面板，采光板，通風(fēng)器等），墻面（墻板，門，窗）

　　1.2適用范圍

　　門式剛架輕型房屋自重輕，用鋼省，造價(jià)低；抗震性能好，在抗震設(shè)防烈度為7度及以下地區(qū)不考慮抗震設(shè)計(jì)；可跨越較大跨度；制作簡單，施工周期短且不需要大型施工機(jī)具；形式美觀有現(xiàn)代感，能充分滿足使用要求。廣泛應(yīng)用于具有輕型屋蓋和輕型外墻；剛架跨度不大于36米，檐口高度不大于15米；無吊車或起重量不大于20噸的A1~A5工作級別吊車的單層房屋鋼結(jié)構(gòu)。

　　1.3技術(shù)特點(diǎn)

　　1.3.1允許剛架構(gòu)件腹板失穩(wěn)，利用腹板屈曲后強(qiáng)度，按有效寬度理論和拉力場理論進(jìn)行受彎和受剪計(jì)算，腹板高厚比可以做的比較大，使腹板厚度顯著減薄。

　　1.3.2采用壓型鋼板輕型屋面和墻面，其本身重量既輕也使支撐它的結(jié)構(gòu)也輕，同時(shí)，由于屋面與檐檁，脊檁和墻面牢固連接，檁條又與剛架牢固連接，因而屋面壓型鋼板可視為起應(yīng)力蒙皮作用的隔板，從而提高剛架結(jié)構(gòu)的整體剛度，有效減少結(jié)構(gòu)的實(shí)際位移，因此使檁條和墻梁及其隅撐可視為剛架構(gòu)件受壓翼緣的側(cè)向支撐點(diǎn)。

　　1.3.3剛架采用變截面，基本上按彎矩圖形的變化及施工方便來改變腹板高度和厚度以及翼緣尺寸，充分做到材盡其用。加之采用輕質(zhì)屋面，剛架構(gòu)件以及檁條可以做的很輕，因而具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

　　1.3.4剛架的側(cè)向剛度用隅撐來保證，由于隅撐用料很少，其間距可以做的比較小，因而剛架構(gòu)件的翼緣寬度可以做的比較小，而腹板高厚比克加大，從而進(jìn)一步節(jié)省材料。

　　1.3.5由于剛架構(gòu)件輕，可采用平板柱腳以及考慮這種平板柱腳對剛架柱的嵌固作用，支撐也可以做的很輕便。

　　1.3.6構(gòu)件單元之間用端板連接，延性好；加之自重輕以及屋面蒙皮效應(yīng)，對抗震有利。

　　結(jié)構(gòu)形式和布置

　　1.結(jié)構(gòu)形式

　　在門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系中，屋蓋宜采用壓型鋼板屋面板和冷彎薄壁型鋼檁條，主剛架可采用變截面實(shí)腹剛架，外墻宜采用壓型鋼板墻面和冷彎薄壁型鋼墻梁。住剛架斜梁下翼緣和剛架柱內(nèi)翼緣出平面的穩(wěn)定性，由與檁條和墻梁相連接的隅撐來保證。主剛架間的交叉支撐可采用張緊的圓鋼。

　　2.1.2根據(jù)跨度，高度和荷載不同，門式剛架的梁，柱可采用變截面或等截面實(shí)腹焊接工字形單軸對稱或雙軸對稱截面或軋制H形截面。設(shè)有橋式吊車時(shí)，柱宜采用等截面構(gòu)件。變截面構(gòu)件通常改變腹板的高度做成楔形。結(jié)構(gòu)構(gòu)件在一個(gè)安裝單元內(nèi)一般不改變翼緣截面，當(dāng)必要時(shí)，可改變翼緣厚度；鄰接的運(yùn)輸單元可采用不同的翼緣截面，兩單元相鄰截面高度宜相等。

　　2.1.3門式剛架的柱腳多鉸接支承設(shè)計(jì)，通常為平板支座，設(shè)一對或兩對地腳錨栓。當(dāng)用于工業(yè)廠房且有5噸以上橋式吊車時(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接。對于有橋式吊車的房屋，中柱不宜采用搖擺柱。

　　2.1.4門式剛架輕型房屋屋面坡度宜取1/8~1/20，在雨水較多的地區(qū)宜取較大值。

　　2.結(jié)構(gòu)平面布置

　　2．2.1門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段長度：縱向溫度區(qū)段不大于300米；橫向溫度區(qū)段不大于150米。

　　當(dāng)需要設(shè)置橫向伸縮縫時(shí)，可用兩種做法：一種簡單但比較昂貴的處理辦法是在伸縮縫處采用雙剛架，剛架的間距以保證柱腳底板不相碰為依據(jù)。以雙剛架為界，結(jié)構(gòu)兩邊各自具有獨(dú)立的檁條、支撐和維護(hù)板系統(tǒng)，其中屋面板和墻面板使用可伸縮的連接件相連。在縱向伸縮縫處需要設(shè)置防火墻的情況下，這種處理方法是必須的。

　　另一種方法較為經(jīng)濟(jì)，具體辦法是：在伸縮縫處只設(shè)置一榀剛架，而在伸縮縫處的檁條上，設(shè)置橢圓長孔來吸收該點(diǎn)的熱位移。

　　2.2.2單層門式剛架的跨度，一般情況下以跨度為21~30米時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。

　　2.2.3剛架的合理間距

　　剛架的用鋼量一般來說隨其間距額度增大而減小，但吊車梁，檁條，墻梁的用鋼量則隨剛架間距的增大而增大。對于無橋式吊車的單層門式剛架輕型房屋，剛架間距以6~9米為宜；通常，大跨度剛架宜采用大間距，跨度與間距的比一般以3.5~5為宜。對于有10噸以上吊車或較大的懸掛荷載的單層門式剛架輕型房屋，剛架間距以6米為宜。

　　主剛架構(gòu)造

　　3.1焊接工字形截面尺寸模數(shù)：

　　截面高度以10mm為模數(shù)；截面寬度以5mm為模數(shù)；腹板厚度可取4，5，6，8mm等，6mm以后以2mm為模數(shù)。

　　3.2工字形截面的高寬比（h/b）：

　　通常取h/b為2~5，承受橋式吊車荷載的柱子取小值。梁端與柱的連接為側(cè)接時(shí)，該處梁端可取不大于6.5。

　　3.3工字形截面腹板高厚比建議取值如下：

　　剛架柱：無橋式吊車時(shí)，��；有橋式吊車時(shí)，取；

　　剛架斜梁：取；

　　支撐的作用和布置

　　一屋蓋橫向水平支撐的作用

　　1.與柱間支撐一道保證水平剛架的整體穩(wěn)定，保證結(jié)構(gòu)的空間整體性。

　　2．將山墻面抗風(fēng)柱頂上的縱向風(fēng)荷載傳遞到有柱間支撐的柱列上。

　　3．與屋蓋維護(hù)系統(tǒng)所具有的蒙皮效應(yīng)一道形成對屋蓋梁構(gòu)件平面外的支撐作用，避免屋蓋梁側(cè)向彎扭失穩(wěn)。

　　4.便于屋蓋梁安裝穩(wěn)定性和屋蓋梁定位。

　　二柱間支撐的作用

　　保證剛架的整體穩(wěn)定和縱向剛度。

　　承受山墻傳來的縱向風(fēng)荷載，吊車的縱向水平荷載以及其他的縱向水平力。

　　作為柱子的側(cè)向支撐，決定柱子平面外的計(jì)算長度。

　　便于剛架安裝穩(wěn)定性和剛架定位調(diào)整。

　　三支撐體系的布置

　　在每個(gè)溫度區(qū)段或分區(qū)建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。

　　柱間支撐宜于屋蓋橫向水平支撐布置在同一開間，以組成幾何不變體系。如不能布置在同一開間，則應(yīng)加設(shè)剛性系桿傳力。各道支撐的間距，當(dāng)無吊車時(shí)宜取30~45米。有吊車時(shí)，可在適當(dāng)加大支撐間距的同時(shí)提高支撐的剛度，一般宜設(shè)在溫度區(qū)段中部，或當(dāng)溫度區(qū)段較長時(shí)設(shè)在三分點(diǎn)處，且間距不宜大于60米。

　　當(dāng)建筑寬度大于60米時(shí)，在內(nèi)柱列宜適當(dāng)增加柱間支撐，當(dāng)不能設(shè)置交叉支撐時(shí)，可設(shè)置縱向剛架或剛架式門式支撐。

　　當(dāng)有駕駛室的吊車噸位大于15噸時(shí)，應(yīng)在屋蓋邊緣設(shè)置縱向水平支撐。

　　當(dāng)無吊車且檐口高度不大于9米時(shí)，宜僅設(shè)單層柱間支撐；當(dāng)檐口高度大于9米時(shí)，可根據(jù)支撐的夾角設(shè)置雙層柱間支撐。交叉支撐與水平夾角以45度為佳，不宜大于55度。有吊車時(shí)，應(yīng)以吊車梁兼做縱向系桿設(shè)置上下兩層柱間支撐，端開間可不設(shè)置下層支撐以減少吊車梁的溫度應(yīng)力。

　　所有橫向支撐縱向支撐均應(yīng)與屋蓋梁天窗架等構(gòu)件及縱向桿系組成幾何不變的桁架形式。

　　5.結(jié)束語

　　限于篇幅，門式剛架輕型房屋鋼構(gòu)的次結(jié)構(gòu)及維護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不再一一敘述。

　　門式剛架輕型房屋鋼構(gòu)應(yīng)用廣泛，在設(shè)計(jì)時(shí)，對結(jié)構(gòu)布置，結(jié)構(gòu)計(jì)算及構(gòu)造措施方面的問題加以重視，認(rèn)真對待，一定可以做出令人滿意的作品。.

　　【參考文獻(xiàn)】

　　【1】《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）

　　【2】《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102：2002）

　　【3】《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018-2002）

　　【4】《輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)手冊》魏潮文弓曉蕓陳友泉編著