輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)實(shí)證探析

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；輕鋼結(jié)構(gòu)；廠房設(shè)計(jì)；門式剛架 

　　 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，我國(guó)自《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ17-87）和《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GBJ18-88）頒布起，采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，而在《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102-98）中直接參照國(guó)內(nèi)外輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)有設(shè)計(jì)布置、構(gòu)件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等。 

　　 1 工程概況 

　　 某鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房采用輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系，廠房跨度42m，長(zhǎng)度90m，柱距6m，檐口高度9m，屋面坡度為1：20，屋面墻面均采用鍍鋅鋼板。廠房主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為八度，地震分組為第一組；建筑抗震設(shè)防類別為丙類，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；場(chǎng)地類別為Ⅱ類；地面粗糙度為B類。鋼架采用Q345B鋼材，焊條采用E50。 

　　 2 輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)布置 

　　 2.1 柱網(wǎng)布置 

　　 由于本廠房荷載較小，故選用質(zhì)量較輕、工業(yè)化程度較高、施工周期短、結(jié)構(gòu)形式較簡(jiǎn)單的輕型門式剛架結(jié)構(gòu)。確定柱距應(yīng)該與跨度相協(xié)調(diào)，跨度較大可以擴(kuò)大柱網(wǎng)，這樣可以滿足廠房的通用性，擴(kuò)大生產(chǎn)面積，節(jié)約用地，加快建設(shè)速度，提高吊車的服務(wù)范圍。因此本廠房剛架采用兩跨，每跨21m的跨度，柱距7.5m。 

　　 2.2 屋面布置 

　　 根據(jù)屋面壓型鋼板的規(guī)格，檁條沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根據(jù)《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102-2002中6.3.5和6.3.6的規(guī)定，應(yīng)在檁條三分點(diǎn)處設(shè)置一道拉條，拉條采用Φ10圓鋼，圓鋼拉條設(shè)在距檁條上翼緣1/3腹板高度范圍內(nèi)，屋脊拉條為剛性。 

　　 2.3 柱間支撐布置 

　　 根據(jù)《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定應(yīng)在廠房?jī)啥说谝恢�間設(shè)置柱間支撐，并應(yīng)在中間一個(gè)柱間設(shè)置柱間支撐，柱間支撐分為上柱柱間支撐和下柱柱間支撐布置。兩端設(shè)上柱支撐，中間設(shè)上下柱支撐。在設(shè)置柱間支撐的開間，宜同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系。當(dāng)有起重量不小于5t的吊車時(shí)，柱間宜采用型鋼支撐。 

　　 2.4 屋蓋支撐布置 

　　 由于本廠房長(zhǎng)90m，寬42m，根據(jù)《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，將整個(gè)廠房可劃分為一個(gè)溫度區(qū)段。因此在廠房?jī)啥说谝粋�(gè)柱間支撐設(shè)置橫向水平支撐。此外，還應(yīng)在廠房中間柱間內(nèi)設(shè)置屋蓋橫向水平支撐，并應(yīng)在上述相應(yīng)位置設(shè)置剛性系桿。 

　　 2.5 墻面結(jié)構(gòu)布置 

　　 根據(jù)墻板的板型和規(guī)格，墻梁的布置沿高度方向間距每隔1.5m布置一道，根據(jù)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，本廠房跨度7.5m>6m，應(yīng)在跨中三分點(diǎn)處各設(shè)置一道拉條，拉條承擔(dān)的墻體自重通過斜拉條傳至承重柱和墻架柱，且應(yīng)每隔5道拉條設(shè)置一對(duì)斜拉條，以分段傳遞墻體自重，拉條為Φ10圓鋼。根據(jù)《門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，設(shè)置門柱窗柱，且由于門柱、窗柱需承受墻板重及自重，所以應(yīng)考慮為雙向受彎構(gòu)件。 

　　 3 輕鋼廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

　　 3.1 構(gòu)件設(shè)計(jì) 

　　 構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)首先是選擇材料，為了施工時(shí)工程管理方便通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮又會(huì)選取不同強(qiáng)度鋼材的組合截面。設(shè)計(jì)實(shí)踐表明，當(dāng)構(gòu)件強(qiáng)度起控制作用時(shí)，適宜選取Q345，當(dāng)穩(wěn)定控制時(shí)則適宜選取Q235。但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明采用軟件進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，要注意以下一些問題：（1）軟件在做構(gòu)件的截面驗(yàn)算時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取定有時(shí)會(huì)不符合規(guī)范的規(guī)定，特別是對(duì)于節(jié)點(diǎn)連接情況復(fù)雜或變截面的構(gòu)件，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該逐個(gè)檢查。（2）對(duì)于構(gòu)件強(qiáng)度不滿足時(shí)，一般會(huì)加大組成截面的板件厚度，如抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。（3）對(duì)于變形超限，通常不應(yīng)加大板件厚度，而應(yīng)加大截面的高度，這樣設(shè)計(jì)就比較經(jīng)濟(jì)。 

　　 3.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 

　　 連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)重要步驟，在結(jié)構(gòu)分析前，應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的形式預(yù)先確定，應(yīng)避免最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致。在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)傳力特性不同，節(jié)點(diǎn)分剛接、鉸接以及半剛接。連接的不同對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大，例如剛接節(jié)點(diǎn)雖然承受彎矩但不會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)動(dòng)，不符合結(jié)構(gòu)分析中的假定，會(huì)造成計(jì)算數(shù)據(jù)的變形小于實(shí)際工程變形，因此合理地選取節(jié)點(diǎn)連接方式是一個(gè)關(guān)鍵問題。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場(chǎng)焊接等的施工空間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)無法安裝是初學(xué)者長(zhǎng)犯的錯(cuò)誤。此外，還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位與臨時(shí)固定。 

　　 4 鋼結(jié)構(gòu)廠房現(xiàn)場(chǎng)安裝連接 

　　 門鋼的安裝需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求精心施工，安裝程序應(yīng)保證結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的空間體系，且不能使結(jié)構(gòu)永久變形。運(yùn)輸存放安裝以及后續(xù)的結(jié)構(gòu)的涂裝和隔熱均應(yīng)符合相應(yīng)的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。本工程現(xiàn)場(chǎng)安裝連接主要采取以下措施：（1）鋼柱與基礎(chǔ)錨栓的連接采用雙螺母加焊。（2）壓型板與檁條采用自攻螺栓連接。（3）屋面檁條與檁托采用M12永久螺栓連接；屋面支撐采用M16安裝螺栓加焊；鋼架安裝時(shí)先做好臨時(shí)支撐，屋面檁條安裝好后，將支撐花籃螺絲擰緊；各構(gòu)件之間必須保證連接可靠。 

　　 參考文獻(xiàn)： 

　　 [1]錢永旺.淺談?shì)p型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題[J].山西建筑，2008，26（12）． 

　　 [2]張宜輝.淺談?shì)p鋼結(jié)構(gòu)門式鋼架的設(shè)計(jì)體會(huì)[J].四川建材，2011（5）. 

　　 [3]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003． 

　　 [4]冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB50018-2002[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2002． 

　　 [5]門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102-2002[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002．