門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

郝繼威

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，生產(chǎn)力水平的提高，我國(guó)鋼產(chǎn)量的不斷提高、品種不斷豐富。彩色壓型鋼板生產(chǎn)的迅速發(fā)展，為輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的發(fā)展奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋具有跨度大、空間大、用鋼量少、造價(jià)低廉、施工方便易安裝、施工周期短、施工污染環(huán)境少、建筑造型簡(jiǎn)潔美觀(guān)、以及可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廠(chǎng)房、倉(cāng)庫(kù)、展覽廳等工業(yè)與民用建筑中得到越來(lái)越多的應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：輕型鋼結(jié)構(gòu)；門(mén)式剛架；設(shè)計(jì)要點(diǎn)？

一、門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的形式及特點(diǎn)

門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)是梁、柱單元構(gòu)件的組合體，是柱與直線(xiàn)型、弧線(xiàn)型、折線(xiàn)型橫梁剛性連接的承重骨架體系。其形式種類(lèi)繁多，在單層廠(chǎng)房及倉(cāng)庫(kù)中，應(yīng)用較多的為單層單跨，雙跨或多跨的雙坡門(mén)式剛架，它可根據(jù)通風(fēng)、采光的需要設(shè)置天窗、通風(fēng)屋脊和采光帶等。門(mén)式剛架的整個(gè)構(gòu)件橫截面尺寸較小，可以有效地利用建筑空間，從而降低房屋的高度，減小建筑體積，在建筑造型上也較簡(jiǎn)潔美觀(guān)，其次，剛架構(gòu)件的剛度較好，其平面內(nèi)、外的剛度差別較小，為制作、運(yùn)輸、安裝提供有利的條件。

1、門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)形式。門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)形式多種多樣。按構(gòu)件體系分，有實(shí)腹式與格構(gòu)式；按橫截面組成分，有等截面與變截面。實(shí)腹式剛架的橫截面一般為H型，少數(shù)為Z型；格構(gòu)式的橫截面為矩形或三角形；按結(jié)構(gòu)選材分，有普通型鋼、薄壁型鋼、鋼管或鋼板焊成。

2、門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的單層廠(chǎng)房相比，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有：

2.1便于拆遷，可用于臨時(shí)建筑，這是其突出的特征。

2.2屋面板采用壓型鋼板輕型屋面、由于屋面輕了，支承它的結(jié)構(gòu)也很輕。至于外墻，用磚墻對(duì)隔熱和降低造價(jià)有利，但對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)移要求較嚴(yán)，外觀(guān)也較差，因此還是用鋼墻板者居多。

2.3剛架可采用變截面，截面與彎矩成正比。除腹板高度變化外，厚度也可根據(jù)需要變化，上下翼緣可用不同截面，相鄰單元的翼緣也可采用不同截面，充分做到材盡其用。

2.4剛架的腹板可按有效寬度設(shè)計(jì)，允許失穩(wěn)并可利用屈曲后強(qiáng)度。這樣，腹板的高厚比可做得比按現(xiàn)行《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的大，宜即腹板厚度可比一般鋼構(gòu)件薄。

2.6支撐可做得很輕便。由于構(gòu)件輕，支撐用張緊的圓鋼即可滿(mǎn)足要求，因剛腹板允許失穩(wěn)，可將支撐直接連在腹板上，省去很多節(jié)點(diǎn)板。

二、門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、屋面活荷載取值?！堕T(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)采用壓型鋼板輕型屋面時(shí)，屋面豎向均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值（按水平投影面積計(jì)算）應(yīng)取0.5kN/m2，對(duì)受荷水平投影面積超過(guò)60平方米的剛架構(gòu)件，屋面豎向均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可取不小于0.3kN/m2。對(duì)荷載效應(yīng)組合還必須滿(mǎn)足以下條件：不需要同時(shí)考慮雪荷載和屋面均布活荷載，兩者中取最大的即可；同時(shí)考慮屋面均布活荷載和雪荷載兩者中的較大值和積灰荷載；屋面材料或檁條自重以外的其它荷載不與檢修或者施工集中荷載同時(shí)考慮；多臺(tái)吊車(chē)的組合應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的規(guī)定；不需要同時(shí)考慮地震作用和風(fēng)荷載。

2、斜梁設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算長(zhǎng)度的取值。在屋面坡度比較小的時(shí)候，剛架平面內(nèi)可以按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定下按壓彎構(gòu)件計(jì)算強(qiáng)度。當(dāng)斜梁軸力小的時(shí)候，在剛架平面內(nèi)，計(jì)算長(zhǎng)度可近似取豎向支承點(diǎn)間的距離。在屋面坡度比較大的時(shí)候，在剛架平面內(nèi)外軸力對(duì)穩(wěn)定性的影響不能忽略。在計(jì)算平面外計(jì)算長(zhǎng)度時(shí)，一般取側(cè)向支撐點(diǎn)距離。屋面系桿支撐系統(tǒng)的約束作用、隅撐與檁條共同對(duì)受壓翼緣的作用、屋面板和檁條對(duì)上翼緣的約束作用等方面約束著鋼梁上下翼緣。計(jì)算過(guò)程中，平面外計(jì)算長(zhǎng)度取受壓翼緣側(cè)向支撐點(diǎn)的最大距離。隅撐處是平面外的一個(gè)側(cè)向支撐點(diǎn)，當(dāng)實(shí)腹式剛架斜梁的下翼緣受壓時(shí)，必須在受壓翼緣側(cè)面布置隅撐作為斜梁的側(cè)向支承，隅撐的另一端連接在檁條上。

3、構(gòu)件的撓度問(wèn)題。當(dāng)門(mén)式剛架斜梁只有冷彎型鋼檁條和支承壓型鋼板屋面時(shí)，門(mén)式剛架斜梁的豎向撓度限值為L(zhǎng)/180（有懸掛起重機(jī)時(shí)取L/400，有吊頂時(shí)為L(zhǎng)/240，其中L為構(gòu)件的跨度）。在結(jié)構(gòu)跨度較大的時(shí)候，在一定荷載情況下，撓度值控制著構(gòu)件截面尺寸。一些設(shè)計(jì)師忽略了控制撓度，只認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿(mǎn)足就行了。而實(shí)際上撓度除了影響建筑的正常使用還影響著其他很多方面，比如在屋面排水坡度較小的時(shí)候，撓度大了會(huì)造成屋面積水，甚至漏水，更甚至保溫棉滲水而造成屋面荷載變大給結(jié)構(gòu)的安全帶來(lái)威脅。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以加設(shè)搖擺柱來(lái)去除撓度的控制作用，降低由于撓度控制導(dǎo)致截面出現(xiàn)過(guò)大的問(wèn)題，另外，在剛架跨度過(guò)大，撓度很難控制的時(shí)候也可采取這種辦法。

4、結(jié)構(gòu)形式及布置方面。門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，外墻通常采用冷彎薄壁型鋼墻梁和壓型鋼板墻面板，主剛架可采用變截面實(shí)腹剛架，屋蓋通常采用冷彎薄壁型鋼檁條和壓型鋼板屋面板。根據(jù)跨度、高度和荷載的不同，采用等截面實(shí)腹焊接丁字形截面或變截面或軋制H形截面。在門(mén)式剛架廠(chǎng)房中，有單梁式吊車(chē)的，柱一般采用等截面構(gòu)件，有橋式吊車(chē)的，柱一般采用變截面構(gòu)件。無(wú)吊車(chē)的門(mén)式剛架廠(chǎng)房中，柱腳的設(shè)計(jì)一般按鉸接設(shè)計(jì)，有吊車(chē)的，柱腳的設(shè)計(jì)一般按剛接設(shè)計(jì)。柱腳采用鉸接可以避免柱腳剛接使柱底彎矩過(guò)大而出現(xiàn)的基礎(chǔ)計(jì)算增大而引起的基礎(chǔ)混凝土方面造價(jià)增大的問(wèn)題，而且柱腳鉸接方便制作，所以柱腳能鉸不剛，但對(duì)于有重吊車(chē)廠(chǎng)房，為了使吊車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行應(yīng)采用剛接柱腳。工業(yè)廠(chǎng)房中屋面通常使用壓型鋼板夾巖棉保溫板，對(duì)于有隔熱要求的屋面，使用隔熱卷材來(lái)做保溫層達(dá)到隔熱的效果。

結(jié)束語(yǔ)：

隨著門(mén)式剛架鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)與民用建筑中的廣泛應(yīng)用，提高鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)水平顯得日益重要。對(duì)越來(lái)越多從事輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作的從業(yè)人員，除要求掌握專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)外，還必須了解輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)工程的制作安裝工藝、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和相關(guān)情況，更深入地理解和掌握規(guī)范，只有通過(guò)精心和合理的設(shè)計(jì)，才能使輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)得到更大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡寶琳等.輕型鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房的設(shè)計(jì)與研究，鋼結(jié)構(gòu)，2004（5）

[2]魯莉，梁發(fā)云.輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)常見(jiàn)錯(cuò)誤分析，建筑結(jié)構(gòu)，2004（7）