某大型輕鋼廠房的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘 要：闡述了某大型輕鋼廠房對縱橫向溫度伸縮縫的處理方案、支撐布置方案、18m柱距處，屋面、墻面結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以供設(shè)計人員參考。

關(guān)鍵詞：大型輕鋼廠房；伸縮縫；支撐布置

1 引 言

某工程為單層門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房，成L形，長531m，最寬處204m，建筑總面積為98334m2。柱距為9m，最大柱網(wǎng)為18×30m，屋面檐口標(biāo)高為10.6m，局部高屋面檐口標(biāo)高為26m，屋面采用單脊雙坡的形式，坡度為4%。該工程設(shè)計的難點在于縱橫向溫度伸縮縫的處理、支撐的布置和形式、18m柱距處，屋面、墻面結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

2 縱向溫度伸縮縫的處理

按照規(guī)程[1]規(guī)定本工程縱向長531m，橫向最寬204m，均已超出規(guī)程要求。因此，如何解決溫度伸縮問題是本工程設(shè)計時首先要解決的問題。通常情況下，經(jīng)常采用設(shè)置雙排柱方式，將結(jié)構(gòu)分為兩個部分，如此每個部分的縱向長度均小于規(guī)程所規(guī)定的溫度區(qū)段長度。但該做法需增加一榀框架，既增加了造價又不美觀亦不利使用。結(jié)合建筑師的要求，該工程不能采用雙柱方式，仍然要求采用單柱方法。從溫度釋放原理上來說，只要結(jié)構(gòu)有一定活動空間，就不會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。例如采用螺栓連接的剛接剛架其溫度應(yīng)力明顯小于采用焊接方式的剛架。同理，本工程也可以采用類似方法，模仿抗風(fēng)柱與剛架梁連接采用橢圓孔連接方式。選取某一榀作為分界點，保證兩邊縱向方向長度均小于規(guī)范要求溫度區(qū)間長度。將一邊所有與分界點處剛架連接的構(gòu)件全部采用橢圓孔連接。這些連接構(gòu)件主要包括檁條、墻梁、吊車梁等構(gòu)件，特別注意的是墻面板和屋面板的連接節(jié)點也應(yīng)做相同的處理。通過設(shè)計計算對所有構(gòu)件的長圓孔孔長均取70mm。

3 橫向溫度伸縮縫的處理

橫向溫度伸縮與縱向伸縮縫相同，但處理的方案略有不同?？v向方向上經(jīng)常采用的設(shè)置雙柱雙基礎(chǔ)的方式，在處理橫向溫度縫較少采用。這種方式增加了一排柱列而不是一榀剛架，從用鋼量和結(jié)構(gòu)總造價上來說，顯然難以接受。其次，可以采用與縱向溫度縫一樣方式，通過設(shè)置橢圓孔連接，但是這種方式增加了水平支撐，同時剛梁的截面變化較大，生產(chǎn)制作成本增加較多，也不宜采用。綜合考慮各種方案，且滿足建筑師的要求，最后采用溫度應(yīng)力計算方式，這樣會導(dǎo)致剛架柱的下柱用鋼量有一定的增加，但不會增加生產(chǎn)制作成本。

在內(nèi)力分析時，對于剛架在溫度荷載作用下的內(nèi)力計算采用3D3S軟件進行計算。通過計算可知：溫度應(yīng)力在剛架柱應(yīng)力中所占的比例依次為16%，13%，11%，5%（由邊柱到中柱），溫度應(yīng)力對剛架的影響比較大的。雖然門式規(guī)程認為門式剛架橫向?qū)挾刃∮?50m時可不考慮溫度應(yīng)力，但實際上當(dāng)剛架橫向?qū)挾冉咏?50m的時候?qū)δ承﹦偨觿偧艿倪呏鶎嶋H溫度應(yīng)力可達到15%左右，設(shè)計中應(yīng)該注意。

為進一步減小溫度應(yīng)力，在圍護上也采取了相應(yīng)措施，將單坡屋面板沿縱向設(shè)置一道溫度伸縮縫。

4 支撐體系

通過上述溫度伸縮縫的處理，實際上已將整個廠房分成了兩塊，對左右兩塊按間距不宜大于60m布置一道屋面水平支撐，每塊各布置了七道屋面水平支撐。同時，在與屋面水平支撐相同的柱間設(shè)置柱間支撐，考慮到便于溫度應(yīng)力的釋放，取消每塊端部柱間設(shè)置的下柱支撐。在與屋面水平支撐相同的柱間設(shè)置柱間支撐，局部高屋面上設(shè)置橫向、縱向水平支撐，且低屋面與高屋面相鄰的四周，低屋面開間上增設(shè)水平支撐，如圖1所示。

輕型門式剛架有兩個特點：①圍護采用壓型鋼板，屋面、墻面面板緊緊的聯(lián)系在一起，形成一定的蒙皮效應(yīng)，蒙皮效應(yīng)對于結(jié)構(gòu)的整體性及穩(wěn)定性提供了重要作用；②輕鋼廠房屋面荷載較小，剛架構(gòu)件軸向方向上較長導(dǎo)致線剛度較小，次構(gòu)件與主構(gòu)件相比有較大的相對剛度。但本工程剛架構(gòu)件截面剛度較大，次構(gòu)件剛度不完全足以約束主構(gòu)件。因而，采用了下述措施來保證剛架構(gòu)件平面外穩(wěn)定性：柱間支撐均采用角鋼支撐；為減小柱平面外計算長度且降低用鋼量，C軸線鋼柱采用箱形截面，B、D軸線沿柱高度方向加設(shè)了三道通長的剛性系桿。山墻處低屋面與高屋面雙層屋面梁采用交叉的圓管支撐及H型腹桿連接形成桁架如圖2所示。

對于低屋面布置一道水平支撐，廠房兩端部采用角鋼支撐，其余均采用張緊的圓鋼交叉支撐。局部檐口較高處，屋面水平支撐則設(shè)置縱橫向角鋼支撐。由于水平支撐把內(nèi)力傳給直腹桿，剛架柱頂直腹桿內(nèi)力較大。對于輕剛結(jié)構(gòu)體系，低屋面檐口處直腹桿可由天溝支架兼作系桿，中列柱通長剛性系桿則由雙檁條兼作，可節(jié)省大量鋼材，有利于提高廠房縱向剛度。高屋面除檐口處直腹桿由天溝支架兼作系桿，其余均由通長圓管作剛性系桿。

5 18m柱距處，屋面、墻面結(jié)構(gòu)的設(shè)計

由于18m柱距較大，會遇到以下困難：①檁條、墻梁的計算長度過長，C、Z型冷彎薄壁型鋼很難滿足要求；②屋面板、墻面板不能提供檁條、墻梁的側(cè)向彎扭約束剛度。綜合考慮后，參考規(guī)程[2]，進行了以下處理：屋面每間隔10m設(shè)一托梁，撓度按1/400控制，在托梁中間9m處沿跨度方向設(shè)有次梁，用次梁將18m分為兩個9m開間，承擔(dān)屋面9m范圍內(nèi)荷載，撓度按1/250控制，且作為托梁側(cè)向支撐點，減小平面外計算長度。在18m柱距內(nèi)屋面設(shè)縱向水平支撐將水平力傳至兩邊剛架，一部分豎向力則通過托梁傳至兩邊剛架。外墻面風(fēng)荷載則通過交叉的角鋼支撐及在四分點處設(shè)H型直腹桿將屋面托梁作為上弦桿、吊車梁制動結(jié)構(gòu)的邊梁作為下弦桿形成抗風(fēng)桁架，使結(jié)構(gòu)形成幾何不變體系。

6 結(jié) 語

隨著鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展，大型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房也越來越多。這些超限廠房，除結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜外，施工上也應(yīng)特別注意施工安裝順序。本文結(jié)合所遇到工程，總結(jié)其結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，希望能給工程設(shè)計人員提供幫助。

參考文獻

[1]《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS102；2002）》，北京：2003.

[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊（上冊）（第三版）》，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

作者簡介：卜科（1981-），女，本科，從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。