門式鋼架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計研究

馬建華

【摘 要】門式鋼架作為經(jīng)典的輕鋼結(jié)構(gòu)，是目前我國發(fā)展相對較快使用廣泛的結(jié)構(gòu)之一，隨著國家經(jīng)濟發(fā)展步伐加快，對作為主要承重結(jié)構(gòu)的門式鋼架的研究逐漸深入，在已知的高強度、輕重量、強韌性、塑性強的基礎(chǔ)上挖掘更深層次的穩(wěn)定特點。本文首先闡述門式鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具體表現(xiàn)，分析目前存在于門式鋼架結(jié)構(gòu)研究的相關(guān)問題，最終找到門式鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的要點，力爭為相關(guān)領(lǐng)域的研究貢獻(xiàn)綿薄之力。

【關(guān)鍵詞】門式鋼架結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性設(shè)計；設(shè)計研究

引言

20世紀(jì)60年代門式鋼架結(jié)構(gòu)開始在我國興起，到了90年代，隨著我國彩色鋼板生產(chǎn)發(fā)展速度加開，門式鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)入新的發(fā)展時期，隨著實踐研究的深化，門式鋼架結(jié)構(gòu)實用范圍越來越廣泛，通過研究可知門式鋼架結(jié)構(gòu)具有許多有點，如強度高、重量輕等，門式鋼架結(jié)構(gòu)自重約為30kg/㎡，對比普通鋼架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)造價節(jié)省許多，并且由于其自身強度高，在大跨度等大面積柱網(wǎng)應(yīng)用非常方便，再有門式鋼架抗震效果好，加之構(gòu)件工廠化，生產(chǎn)速度快，有利于產(chǎn)業(yè)化建設(shè)發(fā)展，隨著綠色建筑的推行，門式鋼架的可拆卸利用與環(huán)保特性廣被認(rèn)可?，F(xiàn)行的門式鋼架的設(shè)計原則是保證整體穩(wěn)定的情況下，通過調(diào)試板件寬厚比率與壓桿規(guī)格來保證局部穩(wěn)定性。

一、門式鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基本表現(xiàn)

柱網(wǎng)、拉條、山墻骨架等構(gòu)成門式鋼架結(jié)構(gòu)，由于門式鋼架本身具備明顯的穩(wěn)定性特點，被大部分廠家應(yīng)用于廠房、車庫等倉儲建筑，根據(jù)我們考察可以看出，門式鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具體表現(xiàn)為，與相關(guān)類似的鋼結(jié)構(gòu)排架相對，門式鋼架的H形衡量立柱連接方式可以承受垂直分布壓力，對其傳遞的彎矩有相當(dāng)大的承載能力，這就控制了彎矩峰值。門式鋼架的立柱與衡量采用鉸接的連接方式，荷載分布均勻，鋼架跨中彎矩的峰值大于門式鋼架，這就更凸顯了鋼架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，優(yōu)勢更加明顯。在實際應(yīng)用中，倘若采用無鉸門式鋼架結(jié)構(gòu)，其柱腳與基礎(chǔ)連接后，結(jié)構(gòu)壓力分布均勻，但凡地基條件沒有特殊改變，柱腳產(chǎn)生的軸向壓力一起作用在基礎(chǔ)上，強化機構(gòu)剛度，滿足地基條件下的門式鋼架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求。倘若利用兩鉸門式鋼架，連接方式為鉸接，荷載作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無鉸門鋼架結(jié)構(gòu)，基于此，我們可以看出門式鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強，積極利用這種穩(wěn)定性為建筑服務(wù)有利于促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

二、門式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍存在的問題

1.荷載取值問題

我們沿用多年0.3KN/m的框架荷載，隨著建筑設(shè)計發(fā)展，屋面結(jié)構(gòu)含屋面板與檁條，此時荷載就要提高至0.5KN/m，在我國的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，無須上人的屋面活荷載應(yīng)為0.5KN/ m，構(gòu)建荷載面積與折減系數(shù)也有具體規(guī)定，目前我國門式鋼架通常符合該規(guī)定，為與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范保持一致，我們通常選擇沿用0.3KN/m這一荷載值，對比國外，發(fā)現(xiàn)中外差距較大，國外的荷載值在0.15- 0.5KN/m之間，如遇到國外的鋼架結(jié)構(gòu)的使用，在設(shè)計時需要適當(dāng)提高荷載值。根據(jù)調(diào)查，現(xiàn)行的門式鋼架機構(gòu)中鋼架衡量比較細(xì)，檁條相對小一些，這就是人為減少荷載值，需要我們格外注意存在的偷工減料的現(xiàn)象。

2.控制屋脊垂度

在我國屋斜梁豎向撓度值應(yīng)為1/180，這就需要我們經(jīng)一步驗算屋脊垂度，這是我們一直以來慣于忽略的問題，曾經(jīng)不予以計算。通常我們會將構(gòu)架分段，通過截斷記性程序計算，對各個段的橫向與縱向的位移有精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄，對比允許值與跨中垂度不能超過標(biāo)準(zhǔn)值。其中跨中垂度是屋面剛度的體現(xiàn)，如果剛度小就意味著豎向變形大，倘若剛度本來就小，屋脊下垂后極其容易引起房屋漏水。部分工程中屋面豎向剛度相對小，鋼架與屋面呈現(xiàn)斜角進(jìn)而導(dǎo)致屋面變形。

3.換柱問題

一些門式鋼架的設(shè)計采用鋼筋混凝土及輕鋼斜架構(gòu)成，輕鋼斜架采用豎放式端板預(yù)埋螺栓連接砼柱，達(dá)到節(jié)省成本的目的，在建造廠房時，通常利用砼柱與鋼結(jié)構(gòu)桁架搭成框架結(jié)構(gòu)，這樣的構(gòu)建只能選擇鉸接，在多層建筑中國，鋼梁與墻的連接也是這樣。砼柱相對較脆，連接時容易受外力影響產(chǎn)生松動。在部分設(shè)計中，門式鋼架需要按照要求將鋼柱換成砼柱，此時要保證鋼梁不變是不可能的，由于連接不同，受力也各不相同，工程斜梁變細(xì)與此有關(guān)。

4.檁條問題

檁條計算存在隱患。檁條是冷彎薄壁構(gòu)件，受力時會玩去，對檁條強度計算主要參考有效寬度，利用相關(guān)軟件進(jìn)行精確計算，但個別設(shè)計人員不了解設(shè)計算原理、計算軟件，設(shè)計不僅要參考數(shù)據(jù)還要有明確的判斷。除此之外，設(shè)計人員有時會忽略凈斷面及釘孔減弱，根據(jù)計算可知當(dāng)釘孔減弱超過6%以后就會對梁產(chǎn)生影響，因此通常我們對鋼架結(jié)構(gòu)分析采用全截的方法。

三、門式鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計研究

1.承重結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

門式鋼架結(jié)構(gòu)的承重與間距、跨度及屋面荷載息息相關(guān)，結(jié)構(gòu)柱距發(fā)生變化會引起鋼架的用鋼量，如前者增大后者便會變小，這就告訴我們門式鋼架承重設(shè)計需要優(yōu)化柱距，承重結(jié)構(gòu)組成就是鋼架與基礎(chǔ)，在鋼架連接墻梁與壓型鋼板后，它們與支撐完成結(jié)構(gòu)體的受力，在設(shè)計時注重高建筑物位移與變形限值得具體要求，門式鋼架結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的排架結(jié)構(gòu)，減少用鋼量，制定出科學(xué)合理的承重結(jié)構(gòu)方案。

2.支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

門式鋼架職稱結(jié)構(gòu)主要有剛性系桿構(gòu)架完成，設(shè)計內(nèi)容設(shè)計到型鋼或鋼管的選擇，剛性系桿以鉸接的方式與鋼架結(jié)合，通過系桿構(gòu)件截面可以算出穩(wěn)定性的基本系數(shù)，確定鋼架轉(zhuǎn)角與屋脊的連接位置。除此之外剛性系桿間的距離應(yīng)滿足平面的穩(wěn)定性要求，通常剛性系桿的材料剛度比較大，為了起到完美的支撐作用，需要采用拉桿或壓桿支撐的方法，其中拉桿支撐適用于較矮的建筑，壓桿支撐要考慮溫度單元的中間位置，在相關(guān)設(shè)計規(guī)范條件下，將屋面梁間水平支撐與柱間垂直支撐放在同一開間，其中水平支撐位于建筑物溫度縫開間位置，更好的發(fā)揮空間協(xié)同作用。

3.檁條穩(wěn)定性

門式結(jié)構(gòu)重要的穩(wěn)定性構(gòu)件是受彎構(gòu)件，其中重要的受彎構(gòu)件就是檁條。在門式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中，我們要沿著截面形成兩個主軸方向的內(nèi)力，對此進(jìn)行深入分析，再計算出彎矩的強度、變形與穩(wěn)定性等相關(guān)數(shù)據(jù)，檁條的壓彎板件的寬裕厚都比較大，在受壓情況下，會出現(xiàn)彎曲的形態(tài)體現(xiàn)，這時強度計算還需考慮面板約束的有效性，借此減弱原來截面強度，我們認(rèn)為計算時的凈截面是提高檁條應(yīng)力的重要因素，檁條不僅有利于屋面板與懸掛面板的支撐，同時有利于鋼架梁柱支撐，這也是鋼架平面外結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的具體體現(xiàn)。

4.拉條與撐桿的穩(wěn)定性

拉條是應(yīng)檁條側(cè)向剛度不足時設(shè)置的構(gòu)件，對于檁條側(cè)向剛度大時，不需要拉條輔助，不如輕型H型結(jié)構(gòu)，但當(dāng)檁條側(cè)向剛度薄弱時為避免檁條出現(xiàn)變形或彎曲，需要再中間設(shè)置拉條，通過側(cè)向支撐保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在設(shè)置拉條時要考慮檁條跨度，6米以內(nèi)的跨度拉條需放在檐口，6米以上拉條放置在檁條三分點位置上，同時配合斜置拉條。拉條的直徑需要考慮荷載與檁條距離，8- 12米之間除了利用拉條保持穩(wěn)定性外還要防止撐桿，撐桿通常采用鋼管、方管等，同時也要輔助斜置拉條。

結(jié)束語

綜上門式鋼架具有相當(dāng)明顯的穩(wěn)定性，對于門式鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型設(shè)計包括承重穩(wěn)定、支撐穩(wěn)定、檁條使用、拉條與撐桿設(shè)計使用等，只要我們把握好設(shè)計要點，進(jìn)行合理配置一定能實現(xiàn)門式鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的推廣與使用，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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