【摘要】本文筆者根據(jù)自己的工作實踐，闡述了鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計的一般規(guī)定及荷載，分析了鋼結(jié)構(gòu)門式剛架的設(shè)計，有重要的參考價值。
【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)廠房；門式剛架
引言
鋼結(jié)構(gòu)廠房在我國工業(yè)建筑中應用越來越普遍，并逐漸向復雜化、大型化、多功能化方向發(fā)展。門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)具有受力簡單、傳力路徑明確、構(gòu)件制作快捷、便于工廠化加工、施工周期短等特點，因此廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)等工業(yè)建筑中。下面筆者以鋼結(jié)構(gòu)門式剛架的設(shè)計為例，對鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計進行了探討。
一、鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計的一般規(guī)定及荷載
�。�1） 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，工業(yè)與民用房屋和一般構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，除疲勞強度計算外，應采用以概率理論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計方法，并用分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行計算。值得注意的是對于不同的荷載和不同的極限狀態(tài)，這些分項系數(shù)具有不同的數(shù)值，同樣不同的材料也具有不同的材料抗力分項系數(shù)。極限狀態(tài)設(shè)計法是建立在統(tǒng)一的可靠度指標上的，因而使結(jié)構(gòu)具有一致的有效概率，能得到更為合理的荷載及其效應組合，從而獲得更為經(jīng)濟和安全的設(shè)計結(jié)果。
�。�2）結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時稱為臨界狀態(tài)，當超過這一狀態(tài)時便不再滿足設(shè)計要求，故稱這一臨界狀態(tài)為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。承重結(jié)構(gòu)應按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)進行設(shè)計。當結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件達到最大承載極限或者是到了不再適合繼續(xù)承受荷載的變形狀態(tài)時就稱為承載能力極限狀態(tài)；當結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值的極限狀態(tài)，比如鋼構(gòu)件中包括變形、振動等等，這就稱為正常使用極限狀態(tài)。
（3）設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時，應根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能出現(xiàn)的后果，采用相應安全等級。普通民用和工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計中采取二級的安全等級，針對某些特殊的建筑鋼結(jié)構(gòu)則要結(jié)合實際情況選取合理的安全等級。
�。�4）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接在進行承載能力極限狀態(tài)計算時，不僅要對荷載基本效應組合進行考慮，必要時還要對荷載偶然效應組合進行考慮。對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與強度進行荷載基本效應組合的計算時，一般極限狀態(tài)設(shè)計的表達式為：
式中r0為結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，應按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》的規(guī)定采用；S為荷載效應組合的設(shè)計值；R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計值。
�。�5）用正常使用極限狀態(tài)對鋼結(jié)構(gòu)進行計算時，荷載效應標準組合應給予考慮，對鋼與混凝土組合梁，應考慮準永久組合。一般表達式為：
式中C為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用要求的規(guī)定限值，如變形、振幅、加速度、應力等的限值。
�。�6）計算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強度、穩(wěn)定性以及連接的強度時，應采用荷載設(shè)計值；計算疲勞和正常使用狀態(tài)的變形時，應采用荷載標準值：計算變形時可不考慮螺栓（或鉚釘）孔引起的截面削弱，荷載的設(shè)計值和標準值應按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》采用。
�。�7）計算承重鋼結(jié)構(gòu)時，還應考慮下列情況：對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，計算強度和穩(wěn)定性時，動力荷載值應乘以動力系數(shù)；計算疲勞和變形時，動力荷載標準值不乘動力系數(shù)。動力系數(shù)應按《荷規(guī)》相關(guān)規(guī)定采用。
二、鋼結(jié)構(gòu)門式剛架的設(shè)計
1、結(jié)構(gòu)組成
門式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠房一般由橫向剛架、支撐體系、圍護結(jié)構(gòu)等組成，有時還設(shè)有托梁、吊車梁、制動梁（或制動析架）等，并由這些構(gòu)件組成空間剛性體系。這些構(gòu)件按其作用可分為：
�。�1）橫向剛架：由柱和屋面斜梁組成，是門式剛架的主要承重體系，承受結(jié)構(gòu)自重、風荷載、雪荷載、地震作用、吊車的豎向與橫向荷載及其他活荷載，并把這些荷載傳遞到基礎(chǔ)。
（2）支撐體系：包括屋面支撐和柱間支撐，它一方面與柱、吊車梁等組成門式剛架鋼結(jié)構(gòu)的縱向受力體系，承擔風、吊車、地震作用等的縱向水平荷載；另一方面又把主要承重體系由單個平面結(jié)構(gòu)連成空間整體結(jié)構(gòu)，從而保證了門式剛架鋼結(jié)構(gòu)所必需的剛度和穩(wěn)定。
（3）圍護結(jié)構(gòu)：屋面檀條和墻梁是圍護材料的支承結(jié)構(gòu)，主要承受圍護材料的自重及風荷載：同時也為橫向剛架提供了部分側(cè)向支承。
�。�4）托梁：當某榀剛架中的柱因為建筑掙空需要而被抽掉時，需設(shè)置托梁，托梁通常橫跨在相鄰的兩榀剛架柱之間，支承己抽柱位置上的剛架斜梁。
�。�5）吊車梁和制動梁（或制動桁架）主要承受吊車豎向及水平荷載，并將這些荷載傳到橫向剛架和縱向受力體系上。
2、結(jié)構(gòu)布置
�。�1）建筑尺寸
門式剛架的跨度取橫向剛架柱軸線間的距離，一般主要依據(jù)工藝和建筑要求而定，宜采用9-36m，并以3m為模數(shù)；門式剛架的合理間距應綜合考慮剛架跨度、荷載條件及使用要求等因素，一般宜取6m， 7.5m或9m；門式剛架的高度應根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高確定，有吊車的廠房應根據(jù)軌頂標高和吊車凈空的要求確定，宜取4.5～9m，必要時可適當放大。
門式剛架鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和圍護結(jié)構(gòu)通常剛度不大，溫度應力也相對較小，因此其溫度分區(qū)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式相比可適當放寬，但應符合下列規(guī)定：縱向溫度區(qū)段的長度應該小于300m，橫向溫度區(qū)段的長度應該小于150m，如果有相關(guān)的計算根據(jù)，溫度區(qū)段的長度可以相對加大點。如果房屋的平面尺寸超過上述規(guī)定，需設(shè)計伸縮縫，伸縮縫的兩種做法為：（a）設(shè)置雙柱；（b）在檀條的搭接處螺栓連接選擇長圓孔，同時在構(gòu)造上允許屋面板該處發(fā)生脹縮。
�。�2）檀條和墻梁的布置
通常情況下屋面處的檀條應該布置成等間距。然而屋脊處，除了應該在屋脊兩側(cè)分別布置檀條外，同時還應于天溝處設(shè)置一道檀條，前者是為了防止屋面板外伸寬度過長，后者是為了固定天溝。在計算檀條間距時，不僅要考慮天窗、采光帶、屋面材料的影響，還要考慮通風屋脊、檀條形式等因素。
（3）支撐及剛性系桿的布置
在每一個分期建設(shè)的區(qū)段或者溫度區(qū)段中，都應該布置相應的支撐體系，而且要求這種支撐體系能夠獨立地形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)；布置柱間支撐相應的開間時，為保證它是一個幾何不變體系，通常也要對其設(shè)置屋蓋橫向支撐；端部支撐通常布置于溫度區(qū)段端部，如果將它設(shè)計在第二個開間，那么應該將若干剛性系桿布置在第一個開間的相應位置；通常先對房屋的縱向受力情況進行分析，然后結(jié)合房屋的安裝條件，再進行柱間支撐的間距選取，通常取30-45m；如果設(shè)置了吊車則應該小于60m；45℃的支撐斜桿可以高效地傳遞水平荷載。假若房屋高度比較大，那么應該分層設(shè)置柱間支撐：假若房屋的寬大于60m，通常應該在內(nèi)柱列設(shè)置支撐；宜沿房屋的全長在剛架屋脊和柱頂?shù)绒D(zhuǎn)折部位布置若干剛性系桿；對于以支撐斜桿等為組成構(gòu)件的水平析架而言，直腹桿應該考慮成剛性系桿；剛性系桿可由檀條兼作，當剛度或承載力不足時可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H形鋼或其他截面形式的桿件。
結(jié)語
總之，我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應重視結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，應運用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計從整體上把握結(jié)構(gòu)各項性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)選型、合理布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，正確分析和處理結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，并輔以必要的構(gòu)造措施，確保結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟性和合理性。
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