淺析混凝土柱輕型鋼屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

【關(guān)鍵詞】輕型鋼屋蓋結(jié)構(gòu)；倉庫；結(jié)構(gòu)設(shè)計 

　　引言： 

　　隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求不斷提高，越來越多的企業(yè)家意識到物流行業(yè)將會發(fā)展越來越好，所以全國各地新建起物流基地，物流基地的建筑物主體即是倉庫，傳統(tǒng)的單層輕鋼結(jié)構(gòu)的倉庫雖然造價低廉，但是由于土地成本增加，單層意味著土地利用率低，越來越多的企業(yè)覺得單位面積土地上只建大面積單層建筑性價比并不高，建筑物層數(shù)越多土地利用率越高，但是倉庫的主要功能就是滿足貨物的存儲和運輸流通，倉庫層數(shù)太多的話就會增加垂直運輸成本，且每層需要考慮運輸通道占用了有效倉儲面積，另外倉庫的樓面荷載要求一般也有1T/m2左右，層數(shù)越多柱底荷載就會越大，加大了建筑基礎(chǔ)投資成本，且層數(shù)越多對建筑消防要求越高，增加了消防設(shè)施投資成本，綜上所述，物流倉庫層數(shù)為兩～三層使得建筑面積增加一～兩倍從而增加了土地利用率，而垂直運輸成本、基礎(chǔ)成本、消防設(shè)施成本增加從單位面積上計算成本是降低的。若全樓采用多層鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)《建筑防火規(guī)范》倉庫的防火級別要求高，勢必會造成鋼結(jié)構(gòu)防火涂料費用的增加，而混凝土是不燃材料，用混凝土柱就不需要防火涂料節(jié)省開支，所以目前流行起來的多層倉庫多是采用混凝土柱輕型鋼屋蓋結(jié)構(gòu)形式。 

　　一、輕鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的特點 

　　鋼材由于本身承載力能力強，變形能力強，已成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的常用結(jié)構(gòu)材料，如今采用H型鋼做成輕型鋼屋蓋越來越普遍，輕鋼屋蓋結(jié)構(gòu)具有以下特點：一是建筑物屋蓋重量相對較輕，二是屋蓋的強度和韌性較大，三是屋蓋的跨度范圍大，可用空間比較大。 

　　二、工程案例 

　　福州某企業(yè)新建物流基地，該項目為倉庫，倉庫三層，一層層高10米，二層層高6米，三層層高5.8米，建筑物長181.65米，寬81.6米，柱網(wǎng)尺寸為12m×11m， 一～二層為混凝土結(jié)構(gòu)柱梁板，三層抽局部混凝土柱，形成四跨鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，跨度為（18.8+22+22+18.8）m，屋面板為壓型彩鋼板。 

　　此項目所在地福建閩侯縣，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震基本加速度值為0.1g，設(shè)計地震分組為第三組；場地土類別為Ⅲ類。

　　三、混凝土柱輕型鋼屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析 

　�。ㄒ唬┟鞔_項目的結(jié)構(gòu)體系 

　　本項目為三層混凝土框架結(jié)構(gòu)+輕型鋼屋蓋體系，為了頂層實現(xiàn)大空間，三層在南北方向抽了四根柱子，形成混凝土柱支承輕鋼屋蓋。 

　　單榀計算簡圖如圖一所示（云彩線以內(nèi)為輕型鋼屋蓋，其他構(gòu)件均為混凝土構(gòu)件）： 

　　首先輕型鋼屋蓋采用單榀計算，單榀設(shè)計時，應(yīng)采用混凝土柱與鋼梁整體建模分析，地震作用分析采用振型分解反應(yīng)譜法，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.03，混凝土柱頂與屋面鋼梁采用鉸接，混凝土柱底剛接，中間混凝土柱與鋼梁的連接采用鋼梁連續(xù)，混凝土柱鉸撐于鋼梁底面，鋼梁應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求，當采用工形變截面梁時，梁構(gòu)件承載力再按門式鋼架規(guī)程進行校核，以考慮軸力的影響與變截面梁的穩(wěn)定計算，但局部穩(wěn)定應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、抗震規(guī)范的要求；撓度控制，由于屋蓋沒做吊頂，且考慮到所采用輕型屋面體系對鋼梁撓度不是非常敏感，所以計算時較鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的撓度控制指標（L/400）可適當放寬，（注：門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對屋面斜梁僅支承壓型鋼板屋面和冷彎型鋼檁條的撓度限值是L/180），單榀分析計算完畢，屋面支撐構(gòu)件計算完畢后，鋼構(gòu)件代入整體三維模型，屋面板可定義為彈性板進行整體模型分析。因為鋼梁對混凝土柱的約束反力與混凝土柱本身的剛度是直接相關(guān)的，混凝土柱和鋼梁屬兩種不同材料，構(gòu)件由于截面尺寸的不同剛度差異會造成側(cè)移差異，且輕型鋼屋蓋坡度一般為1/10～1/20，鋼梁對混凝土柱頂會產(chǎn)生推力，設(shè)計混凝土柱配筋時需考慮這個推力，同時基礎(chǔ)大小也受水平力影響，若此處考慮不足，那么混凝土柱配筋和基礎(chǔ)都會嚴重偏小。 

　　（二）鋼架連接點的設(shè)計 

　　通常情況下，輕型鋼屋蓋的跨度是16m-37m。為了提高項目的施工效率，施工人員可以采用分段運輸?shù)姆椒ㄟ\輸鋼架，運輸至現(xiàn)場，施工人員再把分段的鋼架拼接起來，這樣也可以避免安全事故的發(fā)生。但是，設(shè)計人員必須結(jié)合鋼架的特點合理的設(shè)計鋼架連接點。按照規(guī)定，鋼架連接有三種方法：一是端板垂直連接，二是端板橫向連接，三是端板斜向連接。 

　�。ㄈ�）屋面系統(tǒng)的支撐構(gòu)件設(shè)計 

　　在輕型鋼屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，屋蓋系統(tǒng)除主剛架外，支撐構(gòu)件設(shè)計不容忽視，主剛架是主要承重構(gòu)件，他們是由屋面支撐連接起來形成一個完整的體系，支撐構(gòu)件主要是連系桿，水平支撐，連系桿為剛性桿按壓桿設(shè)計滿足軸心受壓應(yīng)力要求的同時還需滿足壓桿長細比要求，通常設(shè)置在支座處的鋼梁和屋脊處的鋼梁，根據(jù)受力大小選擇截面，選擇各向同性的圓管居多；水平支撐作為柔性桿件主要按拉桿設(shè)計，一般采用圓鋼設(shè)計成交叉水平支撐，圓鋼需張緊，截面需滿足受拉應(yīng)力要求。 

　�。ㄋ模┪菝鎳�護系統(tǒng)構(gòu)件設(shè)計 

　　輕型鋼屋蓋一般采用壓型彩鋼板作為屋面，屋面檁條多選用冷彎薄壁型鋼斜卷邊Z型或直卷邊的Z型，受力可按簡支構(gòu)件或連續(xù)構(gòu)件來分析，檁條設(shè)計時應(yīng)注意屋面能不能阻止檁條側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)，是否能保證上下翼緣的穩(wěn)定性，若不能需采取其他措施保證翼緣穩(wěn)定性或加大檁條截面以致檁條整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范。 

　　結(jié)語： 

　　如今，混凝土柱輕型鋼屋蓋結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用在倉庫、廠房設(shè)計中。相對來說，這類結(jié)構(gòu)形式具有自身的優(yōu)勢，比如：頂層可用空間比較大、造價經(jīng)濟，施工速度快等等。目前，混凝土柱輕型鋼屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計包括以下幾個方面：一是設(shè)計人員要明確的結(jié)構(gòu)體系特點，選擇合理的受力分析結(jié)果進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計；二是鋼架連接點的設(shè)計，合理設(shè)計鋼架的連接點，才能更好的保證鋼架的穩(wěn)定性；三是屋面系統(tǒng)的支撐構(gòu)件設(shè)計，合理的屋面支撐構(gòu)件設(shè)計是保證屋面整體性的關(guān)鍵；四是屋面圍護系統(tǒng)構(gòu)件設(shè)計；五是隅撐合理的布置和選用截面，設(shè)計人員需有效保證整體設(shè)計的穩(wěn)定性。 

　　參考文獻： 

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　　[3]陳寧.基于廠房設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析[J].門窗，2014（01）.