單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

摘要：近些年來(lái)，門式剛架結(jié)構(gòu)由于施工方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等優(yōu)勢(shì)，得到廣泛應(yīng)用。本篇文章探討了單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，系統(tǒng)地論述了整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的布置、各構(gòu)件的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)以及設(shè)計(jì)中需要考慮的一些方面。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)螌虞p型門式剛架結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);要點(diǎn)

前言：

總的來(lái)說(shuō)，中國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)住宅起步較晚，自1978年以來(lái)，一些低層和多層鋼結(jié)構(gòu)建筑從國(guó)外進(jìn)口，讓我們有機(jī)會(huì)從中學(xué)習(xí)。大規(guī)模研發(fā)鋼結(jié)構(gòu)住宅的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝等仍處于起步階段，近些年來(lái)剛剛發(fā)展起來(lái)。它是近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的。就目前而言，已在北京、天津、上海、廣州和深圳開(kāi)展了低風(fēng)險(xiǎn)、多層和高層鋼結(jié)構(gòu)的試點(diǎn)項(xiàng)目。而且已建成數(shù)十萬(wàn)平方米，說(shuō)明鋼結(jié)構(gòu)住宅有著較好的發(fā)展前景。單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)是指以H型焊接鋼、H型熱軋鋼或冷型薄壁鋼為主要承重框架的實(shí)腹式門式剛架或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)采用輕型門式剛架結(jié)構(gòu)。剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼做檁條、墻梁;以壓型金屬板做屋面、墻面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、巖棉等作為保溫隔熱材料并適當(dāng)設(shè)置支撐的一種輕型房屋建筑結(jié)構(gòu)體系。

1、單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1質(zhì)量輕

殼體結(jié)構(gòu)由金屬板、玻璃棉和冷成型薄壁鋼組成。屋頂和墻壁都很輕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單層洞口承重結(jié)構(gòu)用鋼量一般為10kg/m2～30kg/m2。在一樣的延伸和荷載作用下，結(jié)構(gòu)自重僅為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1/20～1/30左右。由于結(jié)構(gòu)輕巧，地基體積小，地基處理費(fèi)用低。而且，在一致的地震烈度下，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)較小，但當(dāng)風(fēng)荷載較大或房屋較高時(shí)，風(fēng)荷載可以成為單層輕型門式結(jié)構(gòu)的控制荷載。

1.2門式剛架結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度高，施工周期短

主要零部件和附件大部分在工廠制造，質(zhì)量有保障，現(xiàn)場(chǎng)安裝較為方便;在基礎(chǔ)設(shè)施之外，基本無(wú)濕作業(yè);高強(qiáng)度螺釘主要用于組件之間的連接，能夠以較快的速度進(jìn)行安裝[1]。

1.3綜合經(jīng)濟(jì)效益高

門式剛性框架結(jié)構(gòu)一般借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，得到的綜合經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較高，設(shè)計(jì)周期也相對(duì)短。原材料的類型也比較單一。組件方面是借助先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備制造的。因此，門式剛性架的設(shè)計(jì)周期不長(zhǎng)，資金收益快，投資效果高。

1.4柱網(wǎng)布置相對(duì)靈活

以往的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于受屋面和墻板尺寸的影響，間距一般為6m。如果選擇12m的分割距離，則必須設(shè)置支架和墻線。門鎖保護(hù)系統(tǒng)采用金屬壓板，立柱網(wǎng)絡(luò)配置不受模塊影響，立柱間距主要根據(jù)應(yīng)用要求和最小用鋼量原則確定。

2、設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)

第一、，因?yàn)殚T式剛架結(jié)構(gòu)的剛度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)較小，并且整體剛度不強(qiáng)，因此在運(yùn)輸和組裝過(guò)程中，必須采取一些的手段，來(lái)防止構(gòu)件彎曲和變形[2]。

第二、注意支撐系統(tǒng)和角撐的布置，以及屋面板、墻板和構(gòu)件之間的連接結(jié)構(gòu)，以便它們能夠參與結(jié)構(gòu)的整體工作。

第三、構(gòu)成構(gòu)件的構(gòu)件較薄，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮制造、安裝和運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

3、結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)布置

3.1結(jié)構(gòu)形式

門式剛架結(jié)構(gòu)形式按跨度分為單跨、雙跨、多跨，按屋脊數(shù)分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡。屋面坡度宜為1/20～1/8。無(wú)橋機(jī)房屋采用單脊、雙坡、多跨剛架時(shí)，剛架柱不是特別高，風(fēng)荷載不是很大時(shí)，根據(jù)“集中用料”的原則，中間柱宜采用兩端鉸接的擺動(dòng)柱方案。門式剛架柱腳多采用鉸接設(shè)計(jì)。在工業(yè)廠房中使用時(shí)，有橋式起重機(jī)時(shí)，柱腳應(yīng)設(shè)計(jì)為剛性連接。門式剛架可配置起重能力不大于3t的懸掛式起重機(jī)和起重能力不大于20t的輕型、中型工作單梁或雙梁橋式起重機(jī)[3]。

3.2結(jié)構(gòu)布局

3.2.1建筑尺寸及剛架布置

門式剛架的設(shè)計(jì)跨度應(yīng)為9～36m。當(dāng)列寬不同時(shí)，外側(cè)應(yīng)齊整。高度應(yīng)根據(jù)使用所需的室內(nèi)凈高確定，以4.5～9m較適合。門式剛架合理間距應(yīng)綜合考慮框架跨度度、荷載條件、使用要求和其他因素，一般為6m、7.5m、9m?？v向溫度區(qū)小于300m，橫向溫度區(qū)該路段小于150米。

3.2.2檁條和墻梁的布置

檁條間距應(yīng)綜合考慮天窗、通風(fēng)脊、采光帶、屋面材料、檁條規(guī)格等因素，根據(jù)計(jì)算確定。一般應(yīng)等間距布置，但應(yīng)在屋脊處沿屋脊兩側(cè)布置一個(gè)，在天溝附近布置一個(gè)。側(cè)墻梁的布置應(yīng)考慮門窗、飛檐、雨篷等構(gòu)件的設(shè)置及圍護(hù)材料的要求。

3.2.3支架和剛性拉桿的布置

第一、在每個(gè)溫度段或分期施工段，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立形成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)。在有柱支撐的隔間內(nèi)，應(yīng)同時(shí)設(shè)置屋頂橫向支撐，以形成幾何不變系統(tǒng)。

第二、 端部支架應(yīng)設(shè)置在溫度段末端的第一個(gè)或第二個(gè)托架中。柱間支撐間距根據(jù)房屋縱向應(yīng)力和安裝條件確定，一般為30m～45m。當(dāng)房屋高度較大時(shí)，柱間支撐應(yīng)分層設(shè)置;當(dāng)房屋寬度大于60m時(shí)，應(yīng)適當(dāng)支撐內(nèi)柱。當(dāng)端部支架設(shè)置在端部的第二個(gè)隔間時(shí)，應(yīng)在第一個(gè)隔間的相應(yīng)位置設(shè)置剛性拉桿。

第三、在剛架轉(zhuǎn)折點(diǎn)（多跨剛架邊柱頂、屋脊、中柱頂）沿房屋全長(zhǎng)設(shè)置剛性拉筋。

第四、對(duì)于由支撐斜桿組成的水平桁架，直腹桿應(yīng)視為剛性系桿。剛性拉桿可用檁條制成。此時(shí)檁條應(yīng)滿足壓彎構(gòu)件的承載力和剛度要求。當(dāng)不符合要求時(shí)，可在剛架斜梁之間設(shè)置鋼管、H型鋼或其他截面構(gòu)件。

4、剛架設(shè)計(jì)

4.1荷載和荷載組合

4.1.1永久荷載

永久荷載包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重和懸掛在結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力荷載，如屋頂、檁條、支架、天花板、墻體構(gòu)件和剛架的自重。

4.1.2可變荷載

可變荷載包括屋面活荷載（設(shè)計(jì)屋面板和檁條時(shí)應(yīng)考慮施工和維護(hù)的集中荷載，其標(biāo)準(zhǔn)值為1kn）、屋面雪荷載和灰荷載、吊車荷載、地震作用、風(fēng)荷載等。

根據(jù)不同荷載組合下的內(nèi)力分析結(jié)果，找出控制截面的內(nèi)力組合?？刂平孛嫖恢靡话阍谥住⒅?、柱牛腿連接、梁端、梁跨中截面。

結(jié)語(yǔ)：

目前，隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了多種新的結(jié)構(gòu)形式，它廣泛應(yīng)用于建筑工程中。為了更好的發(fā)揮其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)工作中必須合理分析其設(shè)計(jì)要點(diǎn)搞好設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低建筑成本，更好地應(yīng)用于中國(guó)建筑業(yè)促進(jìn)中國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]欒昱禎.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].工程技術(shù)研究，2020，5（10）：214-215.DOI：10.19537/j.cnki.2096-2789.2020.10.099.

[2]惠曉飛.分析單層輕型門式剛架廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].居業(yè)，2020（05）：21-22.

作者簡(jiǎn)介：劉思，（1981-），女，漢，北京，本科，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，高級(jí)工程師。