探討門式剛架輕型鋼結構設計

李驍男

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

0 引言

隨著輕型門式剛架房屋結構引入并在我國的多年利用，輕鋼結構在我國已經(jīng)進入繁榮發(fā)展的時代。然而這種輕型結構現(xiàn)在大多由鋼結構制作加工單位代為設計。因而在實際工程中許多工程技術人員無論什么廠房外部條件大都以經(jīng)驗去做，使得這種結構在實際工程中存在一些問題。就門式剛架在工作實際中經(jīng)常遇到的一些問題進行探討，以供結構同行參考。

1 門式剛架活荷載取值

門式剛架房屋上作用的活荷載一般有∶豎向荷載（雪荷載、積灰荷載等）、水平荷載（風荷載、吊車剎車力）及地震作用。由于輕鋼結構自重較輕，所以對風荷載的反應非常敏感，這一點尤其應注意。風荷載依據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50011-2012）和《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102∶2002進行設計，需要注意的是兩本規(guī)范對風載的體型系數(shù)及取值都有很大不同,一般來說，《荷載規(guī)范》偏于保守。如果選擇《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》計算端區(qū)和中間區(qū)迎風寬度按《門剛規(guī)程》附錄A（風荷載計算章節(jié)）第A.0.3條計算。而屋面活荷載可根據(jù)工程條件進行折減。

2 門式剛架的計算方法

輕鋼結構門式剛架的計算主要包括剛架的計算及結構構件的計算等。

2.1 剛架的計算

內力計算方法和側移計算方法見《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS102∶2002）,具體計算可編制程序上機計算。

2.2 結構構件的計算

注意 《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS 102∶2002）和《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）構件設計公式有不同之處，在上機計算時應根據(jù)工程實際選擇合適結構體系及對應的技術規(guī)范、規(guī)程。

3 屋面支撐與柱間支撐的設計

為了使鋼結構廠房構成空間穩(wěn)定結構，在每個溫度區(qū)段或分期建設的區(qū)段中，應分別設置能獨立構成空間穩(wěn)定結構的支撐體系；在設置柱間支撐的開間，宜同時設置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系。并且柱間支撐的設置可以大大增加廠房的縱向剛度，增強廠房的縱向穩(wěn)定性。因此支撐的設置顯得尤為重要，不容小視。

1）《鋼結構設計規(guī)范》(GB 50017-2003)第 8.1.5條，單層房屋和露天結構的溫度區(qū)段長度（伸縮縫的間距）不超過表8.1.5的數(shù)值時，一般情況可不考慮溫度應力和溫度變形的影響。

2）《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS 102∶2002）第4.5.2條，柱間支撐的間距應根據(jù)房屋縱向柱距、受力情況和安裝條件確定。

3）《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011-2010)第9.2.15條，廠房單元的各縱向柱列，應在廠房單元中部布置一道下柱柱間支撐。

4）柱間支撐的計算，應考慮作用在支撐上的風荷載、吊車縱向剎車力、縱向地震力。

5）柱間支撐除了可以選擇按單拉桿件進行設計外，還可以考慮剛性支撐按一拉一壓狀態(tài)進行設計。按一拉一壓狀態(tài)進行設計還需要考慮受壓桿件的穩(wěn)定性驗算,按 《鋼結構設計規(guī)范》(GB 50017-2003)軸心受壓桿件計算。

4 基礎設計

要正確進行基礎設計，首先要知道基礎破壞形式，對其工作原理有所了解。對于混凝土結構，通常柱網(wǎng)尺寸較小，故柱底水平力相對較小，基礎一般不會產生滑移現(xiàn)象,又由于上部結構自重很大，足以抵抗風荷載作用下產生的上拔力，故基礎也不會產生上拔的可能，對于這種結構，基礎主要發(fā)生沖切、剪切破壞；而輕鋼結構則不同，基礎除發(fā)生沖切、剪切破壞之外，由于存在較大的水平力，對于固接柱腳，還存在較大的彎矩作用，從而導致基礎產生傾覆和滑移破壞。另外，在風荷載較大的情況下，特別對于一些敞開或半敞開的結構，由于輕鋼結構自重很輕,有可能不足于抵抗風荷載產生的上拔力，導致基礎上拔破壞。為防止這些破壞的發(fā)生，最經(jīng)濟有效的方法是增加基礎埋深，即增加基礎上覆土的厚度，但因此會增加土方開挖和回填工程量。

5 結語

只有正確使用門式剛架輕鋼結構,做到安全、可靠，才能充分發(fā)揮門式剛架輕鋼結構造價低、重量輕、安裝方便、施工周期短等優(yōu)點，使這種結構在工業(yè)廠房工程中得到更加廣泛的應用。

[1]CECS102:2002,門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程[S].

[2]GB50017-2003,鋼結構設計規(guī)范[S].

[3]宋曼華.鋼結構設計與計算[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000,3.

[4]楊風第,周永麟.輕型鋼結構房屋柱基礎設計的探討[M].

[5]陳紹蕃.鋼結構原理,房屋建筑鋼結構設計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[6]GB500117-2010,建筑抗震設計規(guī)范[M].