摘? ? 要:步入新世紀(jì)后,經(jīng)濟(jì)條件的提升促使我國(guó)建筑行業(yè)不斷進(jìn)步,且發(fā)展速度日益加快,在基建事業(yè)中,門式剛架逐漸普及與推廣,并起到了重要作用,成為常用的構(gòu)件。提高門式剛架的穩(wěn)定性與質(zhì)量,能夠充分延長(zhǎng)其使用壽命,促進(jìn)基建事業(yè)的發(fā)展。影響和決定門式剛架最終質(zhì)量的主要因素是設(shè)計(jì)與施工過(guò)程,其中設(shè)計(jì)是施工的指導(dǎo),本文聯(lián)系實(shí)際,對(duì)其輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行闡述,提出了保障產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施,希望能夠提供參考。
關(guān)鍵詞:門式剛架;輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);相關(guān)問(wèn)題
1? 引言
門式剛架是我國(guó)目前使用最廣泛的一種輕鋼結(jié)構(gòu),隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展,各種類型的建筑工程紛紛動(dòng)工,它憑借著造價(jià)低廉、用料較省、性能較好、施工流程簡(jiǎn)潔等優(yōu)勢(shì)吸引了廣大建筑行業(yè)從業(yè)人員,在市場(chǎng)中占據(jù)一席之地,尤其是在廠房、倉(cāng)庫(kù)、車間等房屋中,已經(jīng)成為主要結(jié)構(gòu)形式,具有重要作用。雖然門式剛架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但在實(shí)際生產(chǎn)中,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含多方面因素,都會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量結(jié)構(gòu)造成影響,需要格外重視。
2? 施工材料選擇
材料的選取對(duì)于門式剛架整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性具有重要影響,材料本身的防腐、防潮、防氧化等性能也會(huì)決定產(chǎn)品的使用壽命和耐久度,唯有選擇最為適宜的鋼材,才能夠保障門式剛架成品的各項(xiàng)性能,滿足設(shè)計(jì)要求。我國(guó)建筑工程中所用鋼材種類繁多,在選擇時(shí),應(yīng)考慮以下因素:
2.1? 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與方案
門式剛架的結(jié)構(gòu)體系十分傳統(tǒng)且靈活,上部的主要構(gòu)架包括了山墻骨架、鋼架斜梁等,可以在不影響最終質(zhì)量的前提下對(duì)其它次要構(gòu)件進(jìn)行增減,以適應(yīng)實(shí)際施工需求,整個(gè)結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單,傳力路徑明確,但在大型門式剛架結(jié)構(gòu)中,各個(gè)節(jié)點(diǎn)所承受的應(yīng)力較大,因此對(duì)材料強(qiáng)度性能要求較高。我國(guó)Q235A和Q345A鋼材含碳量較高,分別是0.14%-0.22%和0.20%,不能保證產(chǎn)品完全符合焊接要求,因此根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定,此二種鋼材不能用于門式剛架的構(gòu)建。而含碳量較低的Q235B、Q345B等鋼材,都能夠充分滿足焊接要求,應(yīng)根據(jù)供貨的季節(jié)特點(diǎn)、材料市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)、結(jié)構(gòu)用鋼量等多種因素進(jìn)行考慮,對(duì)于配備了吊車的大型工程,可使用Q345B鋼材,若無(wú)吊車,使用Q345鋼材時(shí)不能充分發(fā)揮其較高的強(qiáng)度性能,則可使用Q235B作為替代。
2.2? 氣候與溫度
門式剛架所處地域的氣候特征與溫度因素對(duì)于結(jié)構(gòu)的耐久度會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)吸納過(guò),當(dāng)處于低溫環(huán)境中時(shí),鋼材會(huì)發(fā)生冷脆,因此在低溫環(huán)境中需要使用焊接的門式剛架結(jié)構(gòu)應(yīng)采用抗低溫的鎮(zhèn)定鋼;在高溫環(huán)境下,鋼材則容易發(fā)生氧化,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行防氧化處理;潮濕環(huán)境中則要增加防銹涂層。
2.3? 布置柱間支撐
為確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,需布置柱間支撐,首先,在設(shè)計(jì)圓鋼支撐體系的過(guò)程中,應(yīng)充分考慮到圓鋼側(cè)向支撐結(jié)構(gòu)缺乏較大的強(qiáng)度、容易發(fā)生連接松弛現(xiàn)象的特性,增設(shè)支撐結(jié)構(gòu),并使用加緊裝置,如花籃螺栓,從而保障結(jié)構(gòu)始終處于緊張狀態(tài);在重量較大的橋式吊車結(jié)構(gòu)中,則應(yīng)當(dāng)通過(guò)參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)合理的制動(dòng)結(jié)構(gòu),例如制動(dòng)板,確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;在山墻面,應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的需求設(shè)置搖擺柱,以有效減小鋼架梁跨度與截面,保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但需要注意,搖擺柱在減小截面的同時(shí)會(huì)增加鋼架柱邊柱的計(jì)算長(zhǎng)度,因此,應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與建設(shè)的成本,控制搖擺柱數(shù)量,并對(duì)改變后的截面和計(jì)算長(zhǎng)度等進(jìn)行修正,注重?fù)u擺柱與所需鋼架邊柱長(zhǎng)度的關(guān)系。
2.4? 柱腳抗風(fēng)問(wèn)題
抗風(fēng)柱是門式結(jié)構(gòu)中山墻處常用的構(gòu)件,可對(duì)山墻處承受的風(fēng)荷載進(jìn)行傳遞,通過(guò)鋼梁、鉸接點(diǎn)等將其均勻傳遞給整個(gè)承重結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ),從而避免山墻風(fēng)荷載過(guò)大、引發(fā)安全事故??癸L(fēng)柱主要原材料為鋼筋混凝土,在門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)中,其布置方式與傳統(tǒng)方式略有差異,需要將抗風(fēng)柱的柱腳使用基礎(chǔ)鉸接或者剛接的方式與下方基礎(chǔ)構(gòu)建緊密連接,并將柱頂與屋架相接,將屋面的荷載均勻分?jǐn)偨o鋼架和抗風(fēng)柱,且抗風(fēng)柱同時(shí)承擔(dān)縱向荷載與水平風(fēng)荷載,從而提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于在該結(jié)果中,抗風(fēng)柱承受荷載較大,應(yīng)力方向較多,因此需按照雙向受壓的壓彎構(gòu)件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),并注重柱腳部分的抗風(fēng)問(wèn)題,剛接方式會(huì)致使抗風(fēng)柱傳遞給基礎(chǔ)的彎矩與軸力大幅增加,增大偏心距,對(duì)基礎(chǔ)的構(gòu)建造成一定影響,但若是抗風(fēng)柱較高,為提高柱腳的抗風(fēng)性能,可采用剛接的方法。
3? 維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為抵御風(fēng)雨,應(yīng)在門式剛架中設(shè)計(jì)完善的維護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其需要具備防水、防潮濕、保溫隔熱與采光等多項(xiàng)功能,并且需要充分考慮到美觀性。圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括檁條、拉條、保溫棉、內(nèi)外層板、收邊等多個(gè)結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇各部分材料與構(gòu)件、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),例如可采用通長(zhǎng)式氣樓立面結(jié)構(gòu)來(lái)增加室內(nèi)通風(fēng),并輔以通長(zhǎng)式換氣裝置。在設(shè)計(jì)時(shí),需要注意完整地體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖,明確各個(gè)節(jié)點(diǎn)的邏輯關(guān)系,為實(shí)際施工提供清晰的依據(jù),還需明確其與主體結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性,增設(shè)配套件,對(duì)于不同規(guī)格、型號(hào)的彩板、收邊等,應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)圖紙中進(jìn)行清晰的標(biāo)注。
4? 整體變形問(wèn)題
整體變形與坍塌的主要來(lái)源是屋面荷載過(guò)大,因此應(yīng)注重對(duì)屋面荷載的計(jì)算與確定,在門式剛架結(jié)構(gòu)中,屋面活荷載需要在活荷載和積雪荷載中取最大值,做好防范,還應(yīng)當(dāng)綜合考慮屋面高差、女兒墻處積雪荷載等,當(dāng)積雪不能均勻分布時(shí),應(yīng)當(dāng)按照不均勻分布系數(shù)來(lái)合理取值,完成計(jì)算。另外,由于構(gòu)件截面較小,門式剛架結(jié)構(gòu)對(duì)于積雪十分敏感,當(dāng)其所使用的環(huán)境中溫度普遍較低、降雪量較大時(shí),應(yīng)當(dāng)對(duì)有積雪的部位進(jìn)行特殊處理,如增大屋面檁條的橫截面積或者縮短間距,提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性,還要充分考慮積雪不均勻分布問(wèn)題,避免由于屋面檁條穩(wěn)定性喪失導(dǎo)致主鋼架梁平面外失穩(wěn)、影響門式剛架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性,造成整體變形和坍塌的問(wèn)題。
5? 鋼梁分段問(wèn)題
對(duì)于變截面的分段,由于其為整體加工,可著重考慮彎矩,不考慮其他因素;對(duì)于螺栓連接的分段,應(yīng)盡量避免在屋脊處分段,而是盡量實(shí)施整體加工,方便受力,并且能夠?yàn)槲菁箼_條和屋面板的安裝提供便利;在分段時(shí),需要充分考慮彎矩最小處,并盡量與抗風(fēng)柱位置錯(cuò)開,還要考慮到運(yùn)輸和施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備條件,考慮最大長(zhǎng)度是否滿足現(xiàn)場(chǎng)條件。
6? 剛架計(jì)算模型
門式剛架的計(jì)算模型可采用三維或者二維模型計(jì)算法,在二維模型中,需要對(duì)門式剛架、屋面支撐、柱間支撐、檁條墻梁等進(jìn)行分別計(jì)算,需要對(duì)不同設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行整合;而采用BIM技術(shù)生成3D可視化圖紙,則能夠完整地將所有因素整合到一張圖紙中,建立整體的結(jié)構(gòu)模型,并使用信息技術(shù)自動(dòng)生成吊車的荷載,還可自動(dòng)對(duì)門式剛架、屋面支撐、柱間支撐等進(jìn)行計(jì)算,并通過(guò)設(shè)計(jì)圖中的數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)所需材料的量進(jìn)行計(jì)算,給出報(bào)價(jià)預(yù)算,最后,還可生成渲染效果圖,用于宣傳或者對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的審核等。
7? 結(jié)束語(yǔ)
門式剛架在如今的工商業(yè)、文娛等多種建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,用材較少,造價(jià)較低,但整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高,在未來(lái)具有廣闊發(fā)展空間。為確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與合理性,提升門式剛架結(jié)構(gòu)的耐久度,應(yīng)注重設(shè)計(jì)過(guò)程中的各項(xiàng)細(xì)節(jié),進(jìn)行合理安排。
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作者簡(jiǎn)介:
粟宇僉(1984—)男,漢,湖南長(zhǎng)沙人,本科,工程師,研究方向:房建設(shè)計(jì)。