輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

萬(wàn) 春

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司科研設(shè)計(jì)院，四川成都 611730)

1 概述

輕型門式鋼架是一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系，該類結(jié)構(gòu)的上部主構(gòu)架主要包括鋼架斜梁、鋼架柱、支撐、檁條、系桿、山墻骨架等。近幾年，隨著壓型鋼板和H型鋼的引進(jìn)及其在我國(guó)的發(fā)展，輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)在單層工業(yè)廠房、超市、展覽館、庫(kù)房以及各種不同類型倉(cāng)儲(chǔ)式建筑中均有著廣泛的應(yīng)用。

2 結(jié)構(gòu)類型和截面形式

按結(jié)構(gòu)類型，輕型門式鋼架一般可分為單跨鋼架、雙(多)跨連續(xù)鋼架或雙(多)跨中間交接柱鋼架等類型，其截面可為等截面或變截面。其柱腳構(gòu)造可為鉸接，亦可為剛接，后者具有較強(qiáng)的側(cè)向剛度。

按鋼架梁、柱截面類型可分為實(shí)腹式鋼架及格構(gòu)式鋼架。前者梁、柱一般采用H型實(shí)腹截面，其剛度較強(qiáng)，但其用鋼量稍多;后者一般采用小截面角鋼、鋼管等構(gòu)件組合的格構(gòu)式梁、柱截面，其加工制作較為復(fù)雜，但用鋼量較省，適用于大跨度鋼架。

此外，鋼架梁柱截面亦可采用蜂窩梁、蜂窩柱等空腹結(jié)構(gòu)，但實(shí)際應(yīng)用尚不多。

3 鋼架主要結(jié)構(gòu)方案的選擇

3.1 門式鋼架承重結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)方案的選擇

鋼架的間距與鋼架的跨度、屋面荷載以及檁條形式等因素有關(guān)。

在鋼架跨度較小的情況下，選用較大的鋼架間距會(huì)增加檁條的用鋼量，這種做法不經(jīng)濟(jì)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)比較，隨著柱距的增大，鋼架的用鋼量逐漸下降，但當(dāng)柱距增大到一定數(shù)值后，鋼架的用鋼量隨著柱距的增大下降的幅度較為平緩，而檁條、吊車梁、墻梁的用鋼量則隨柱距的增大而增加，但就建筑物總用鋼量而言，隨著柱距的增大則是先下降，然后再上升。綜合各項(xiàng)用鋼量數(shù)據(jù)表明，對(duì)一定條件下的輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該存在一最優(yōu)柱距。

門式鋼架承重結(jié)構(gòu)由鋼架和基礎(chǔ)兩部分組成。門式鋼架承重結(jié)構(gòu)體系的鋼架、檁條(或墻梁)以及壓型鋼板間通過(guò)可靠的連接和支撐相互依托，其體系受力與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)體系相比更趨向于空間化。基礎(chǔ)型式多采用鋼筋混凝土獨(dú)立式基礎(chǔ)。根據(jù)建筑物對(duì)側(cè)向位移和變形的不同要求，從節(jié)約用鋼量的角度出發(fā)，可采用變截面梁柱、基礎(chǔ)鉸接結(jié)構(gòu)方案或等截面柱變截面梁、基礎(chǔ)剛接結(jié)構(gòu)方案。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況，按最合理的鋼架承重結(jié)構(gòu)方案選用。

3.2 檁條或墻梁與彩色金屬壓型鋼板組合屋面或墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)方案的選擇

檁條和墻梁目前主要的構(gòu)件型式是采用C型或Z型薄壁型鋼，截面大小均須經(jīng)受力計(jì)算后確定。C型截面與Z型截面相比，強(qiáng)弱軸的力學(xué)性能差異較大，且與鋼架的連接多為螺栓鉸接，計(jì)算時(shí)應(yīng)按簡(jiǎn)支考慮(Z型截面間可通過(guò)可靠搭接實(shí)現(xiàn)剛接，故可按連續(xù)梁計(jì)算)。從受力狀態(tài)、計(jì)算結(jié)果以及構(gòu)造等角度看，后者更合理。所以，除門窗洞口以及其它特殊節(jié)點(diǎn)處理需要外，應(yīng)優(yōu)先選用Z型截面。檁條與墻梁的間距一般決定于壓型板的板型和規(guī)格，經(jīng)過(guò)力學(xué)計(jì)算后確定，從構(gòu)造要求的角度上看一般不超過(guò)1.5m。彩色金屬壓型鋼板、復(fù)合板依托其內(nèi)側(cè)檁條或墻梁組合成屋面或墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

3.3 支撐系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)方案的選擇

剛性系桿構(gòu)件選用型鋼和鋼管，并與鋼架通過(guò)螺栓鉸接，其截面的大小一般按壓桿穩(wěn)定性要求或通過(guò)受力計(jì)算決定，其設(shè)置主要考慮鋼架轉(zhuǎn)角和屋脊聯(lián)結(jié)處(其中屋脊處的剛性系桿可由用于此處屋脊構(gòu)造需要的、剛度較大的雙檁條及聯(lián)結(jié)所代替)。另外，剛性系桿的間距主要取決于鋼架構(gòu)件的平面穩(wěn)定性要求。對(duì)剛度較大的吊車梁等均可作為剛性系桿考慮。水平支撐主要分為拉桿支撐和壓桿支撐兩類。拉力系統(tǒng)主要用于抵抗較小的水平力作用以及用于水平位移和變形要求不嚴(yán)格的建筑，后者則相反。水平支撐設(shè)置的最佳位置應(yīng)考慮在每個(gè)溫度單元的中部，且要求將屋面梁間和柱間水平支撐設(shè)在同一開間，同時(shí)，支撐間距應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)定。另外，建筑物的端部第一或第二開間以及溫度縫兩側(cè)開間考慮空間協(xié)同作用的需要，也要設(shè)置水平支撐。水平支撐構(gòu)件截面的大小主要決定于縱向水平力作用，且須經(jīng)受力計(jì)算確定。隅撐構(gòu)造是連接于I型截面的遠(yuǎn)端翼緣和檁條或墻梁之間，起I型截面遠(yuǎn)端翼緣板的板件約束和平面外支點(diǎn)作用。隅撐主要設(shè)置在I型截面遠(yuǎn)端翼緣板的受壓區(qū)，間距應(yīng)符合避免翼緣板板件屈曲的條件和鋼架平面外穩(wěn)定性計(jì)算要求，目前主要按構(gòu)造要求設(shè)置。隅撐桿件截面型式多選用小型鋼，規(guī)格大小須經(jīng)過(guò)受力計(jì)算來(lái)確定。

4 結(jié)語(yǔ)

輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)工廠化加工制作、現(xiàn)場(chǎng)施工組裝，方便快捷并節(jié)約建設(shè)周期;能帶來(lái)較大的空間(跨度從十幾米到七十多米);結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用、建筑外型新穎美觀、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、經(jīng)濟(jì)效益明顯。柱網(wǎng)尺寸布置自由靈活，能滿足不同氣候環(huán)境條件下的施工和使用要求。

［1］宋曼華，主編.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，CECS102:2002［S］.

［3］王國(guó)周，瞿呂謙，主編.鋼結(jié)構(gòu)——原理與設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1993.