門式鋼架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

李 倩

（合肥水泥研究設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230001）

門式鋼架結(jié)構(gòu)作為一種輕型鋼結(jié)構(gòu)，因質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、工業(yè)化水平高，工程施工周期短且成本費用較低，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房、倉庫、大型體育場以及展覽廳等建筑結(jié)構(gòu)中。然而，盡管其應(yīng)用優(yōu)勢明顯，但如果其出現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的問題，會直接影響到建筑質(zhì)量及其耐久性，嚴(yán)重的話可能會產(chǎn)生安全事故，因此有必要對門式鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行充分研究。

1 門式鋼架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房應(yīng)用必要性

相比于鋼筋混凝土，鋼材因其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、力學(xué)性能好等特征，作為一種建筑材料被廣泛運用于各種建筑結(jié)構(gòu)，這也使得鋼結(jié)構(gòu)整體自重小、抗震性能更為優(yōu)良。在《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》 （以下簡稱《門規(guī)》）中就規(guī)定，當(dāng)抗震烈度為7 度（0.1g） 及以下時，單層門式鋼架結(jié)構(gòu)一般不需要做抗震驗算。輕鋼結(jié)構(gòu)安裝方便、快捷，無論在施工人員的數(shù)量、施工工序，還是施工時間上，相比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都有著較為明顯的優(yōu)勢。此外，在工業(yè)廠房中應(yīng)用輕鋼結(jié)構(gòu)的一個重要原因就是造價成本低。同時，鋼構(gòu)件在現(xiàn)場拼裝前可根據(jù)設(shè)計要求提前生產(chǎn)，前期制作環(huán)節(jié)也使得整個建設(shè)工期大幅度縮減，施工成本進(jìn)一步降低。鋼架結(jié)構(gòu)作為一種可以多次重復(fù)使用的材料，可以根據(jù)工業(yè)廠房的實際要求進(jìn)行拆卸重組，因此鋼架結(jié)構(gòu)在使用中也有著較好的環(huán)保性能。

2 實例分析

2.1 工程概況

某地工業(yè)廠房的高度為二十米，跨度為三十米，倉庫里面是十六米高的鋼板倉，沒有吊車等設(shè)備，有一千六百五十平方米建筑面積，室內(nèi)外的高差為三百毫米，要求采用門式剛結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計安裝。此外，該地為七度的抗震設(shè)防烈度，基本的地震加速度值在設(shè)計中為0.10g。該地距離海洋較近，基本的風(fēng)壓0.6kN/m2。工程中采用Q345B 級鋼，結(jié)構(gòu)安全等級為2 級。

2.2 結(jié)構(gòu)布置

焊接H 型截面門式剛架是該工程的主承力體系，壓型鋼板輕型材料是建造外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)和屋頂?shù)闹饕牧?。剛架柱柱腳固結(jié)，要采用全高等截面的柱子。為了使柱子平面外的計算長度能夠盡量減小，使整體結(jié)構(gòu)空間的穩(wěn)定性得到保證，就要在廠房縱向每榀鋼架柱間除了設(shè)置剛性系桿在柱頂之外，還要額外設(shè)置兩道剛性系桿在柱中。同時還要設(shè)置通長剛系桿在屋蓋的縱向，它們之間的間距一般。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

該建筑工程的實際高度為二十米，這個值高于GB51022-2015《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中十八米的要求，因此在實際的設(shè)計過程中不能完全參照《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，應(yīng)該對其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范進(jìn)行參考。

1） 載荷：恒載、活載以及風(fēng)荷載都在載荷需要考慮的范圍之內(nèi)。其中根據(jù)《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》和GB5009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取風(fēng)荷載的較大值。經(jīng)過對比可以發(fā)現(xiàn)，柱子有更大的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》風(fēng)荷載，而梁有更大的《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》風(fēng)荷載。鑒于以上這種情況，建議采用《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》風(fēng)荷載來進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體的計算，在進(jìn)行屋面斜梁的驗算時可以使用《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》風(fēng)荷載。在輸入柱子的風(fēng)荷載后，計算時可以采用梯形荷載等方式。

2） 板件寬厚比控制：構(gòu)件不僅要滿足撓度和強(qiáng)度的要求，同時還要滿足局部穩(wěn)定的要求，所謂的局部穩(wěn)定就是指腹板應(yīng)該達(dá)到高厚比的要求，翼緣應(yīng)該達(dá)到寬厚比的要求。在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中所規(guī)定的腹板高厚比要比《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定嚴(yán)格許多，這是因為腹板的屈曲后強(qiáng)度也在輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的考慮范圍中。

因為《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的限制高度已經(jīng)不適用于該建筑工程，因此在進(jìn)行控制時不建議采用《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》。對于輕屋蓋廠房來說，如果它的設(shè)防烈度在八度或者以下，就能夠采用性能化設(shè)計，這種方法有兩種情況：一是低延性和高彈性承載力，二是高延性和低彈性承載力，也就是說在不同地震作用的承載力情況下，如果構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定都能夠達(dá)到的一定的要求，那么就允許構(gòu)件在計算彈性設(shè)計階段板件寬厚比時采用不同的限值。該建筑工程的性能設(shè)計方法采用“低延性和高彈性承載力”，也就是說當(dāng)有較高的地震作用承載力時，如果結(jié)構(gòu)能夠滿足這一要求，就能夠允許構(gòu)件在計算彈性設(shè)計階段板件寬厚比時采用比較低的限值，這就使板件寬厚比的要求在一定程度上放寬了。當(dāng)有兩倍多的地震作用承載力時，如果結(jié)構(gòu)能夠滿足這一要求，那么就允許構(gòu)件在計算彈性階段板件寬厚比時采用GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范》的限值。

3 柱頂位移控制以及梁撓度

在本建筑工程中沒有橋式吊車，因此可以采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范》中無橋式吊車的單層框架柱頂位移H/150 的限值來進(jìn)行柱頂位移的控制，但是從施工現(xiàn)場的實際情況出發(fā)，由于毛米倉距離廠房內(nèi)鋼柱太近，因此在進(jìn)行柱頂位移控制時，取限值的H/180。經(jīng)過計算后，可以知道本建筑工程由風(fēng)荷載控制柱頂?shù)奈灰?。為了使柱頂?shù)乃轿灰频玫匠浞值臐M足，柱截面在增大時屋面的梁截面也要隨之增大，這樣就會很少使用到梁，同時還能夠充分保證梁的撓度。

4 結(jié)語

總之，該建筑工程所選取的柱頂位移限值參數(shù)和荷載都比較合適，同時在設(shè)計超高門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)時采用了“低延性和高彈性承載力”的性能設(shè)計方法，這樣一方面使結(jié)構(gòu)的安全性得到保證，另一方面又降低了經(jīng)濟(jì)成本。