淺談門式剛架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　近幾年來(lái)，隨著我國(guó)彩色鋼板產(chǎn)量的增加和焊接H型鋼的出現(xiàn)，門式剛架更是發(fā)展迅猛，我國(guó)建成此類結(jié)構(gòu)工程已達(dá)800多萬(wàn)平方米，而且每年以約100多萬(wàn)平方米的速度增加。

　　目前，門式剛架從設(shè)計(jì)、制作到安裝我興旺公司已形成完全一體化，通過(guò)多年來(lái)的工程實(shí)踐，在門式剛架設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面積累了一點(diǎn)有益經(jīng)驗(yàn)。

　　一. 屋面活荷載取值

　　門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)為《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB17-88)，《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB18-87)和《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS102：98)，對(duì)于屋面結(jié)構(gòu)，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定活荷載為0.5KN/m2，但構(gòu)件的荷載面積大于60 m2的可乘折減系數(shù)0.6,門式剛架符合此條件，活荷載取為0.3KN/ m2,國(guó)外這類房屋設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮0.15-0.5N/ m2的附加荷載，我國(guó)無(wú)此規(guī)定，現(xiàn)在有的框架梁太細(xì)，檁條太小，明顯有克扣荷載現(xiàn)象，遇到大風(fēng)或其他原因造成超載，很容易出安全問(wèn)題，因此屋面活荷載的取值決不能再小，不能在有限的活荷載中挖潛。

　　二. 合理跨度的確定

　　不同的生產(chǎn)工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠房跨度，有的業(yè)主甚至要求輕鋼生產(chǎn)廠家根據(jù)自己的使用功能，確定較為經(jīng)濟(jì)的跨度。在盡可能滿足生產(chǎn)工藝和使用功能上，應(yīng)根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當(dāng)柱高、荷載一定時(shí)，適當(dāng)加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節(jié)省空間，基礎(chǔ)造價(jià)低，綜合效益較為可觀。通過(guò)大量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檐高6m、柱距為7.5m，荷載情況完全一致下，跨度在18-30m之間的剛架單位用鋼量(Q235-B)為18-28kg/ m2，當(dāng)跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為25-40kg/ m2，當(dāng)檐高為12m、跨度超過(guò)48m時(shí)宜采用多跨剛架(中間設(shè)置搖擺柱)，其用鋼量較單跨剛架節(jié)約18%左右，因此設(shè)計(jì)門式剛架時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求選擇較為經(jīng)濟(jì)的跨度，不宜盲目追求大跨度。

　　三. 剛架最優(yōu)間距的確定

　　剛架的間距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關(guān)，當(dāng)剛架跨度較小時(shí)，選用較大的間距，會(huì)增加檁條的用鋼量是不經(jīng)濟(jì)的。剛架規(guī)范規(guī)定，剛架柱距宜為6m，7.5m，9m，最大可采用12m。經(jīng)過(guò)大量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，隨著柱距的增大，剛架的用鋼量是逐漸下降的，但當(dāng)柱距增大到一定數(shù)值后，剛架用鋼量隨著柱距的增大下降的幅度較為平緩，而其他如檁條、吊車梁、墻梁的用鋼量會(huì)隨著柱距的增大而增大，就房屋的總用鋼量而言，隨著柱距的增大先下降而后又上升。因此，在一定條件下，門式剛架存在著一最優(yōu)間距，下表列出在一般情況下不同跨度所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)間距： 跨度(m) 最優(yōu)柱距(m) 9---12m 5.5m 12---18m 6m 18---36m 6―7.5m 36---35m 7.5―9m 45m以上 9m 綜上所述，一般情況下，門式剛架的間距應(yīng)在6―9m之間，超過(guò)9m時(shí)，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價(jià)并不經(jīng)濟(jì)。

　　四. 柱腳的抗風(fēng)措施

　　在工程實(shí)例中，有的剛架在大風(fēng)時(shí)柱子被拔起，其主要原因不是剛架計(jì)算失誤，而是設(shè)計(jì)柱間支撐時(shí)未考慮支撐傳給柱腳的力，尤其是房屋縱向尺寸較小時(shí)，只設(shè)置少量柱間支撐來(lái)抵抗縱向風(fēng)荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，若柱腳沒(méi)有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起，因此，在風(fēng)荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時(shí)，在柱腳應(yīng)考慮抗拔構(gòu)造，如錨栓端部設(shè)錨板等。

　　五. 總結(jié)

　　輕型門式剛架結(jié)構(gòu)具有造價(jià)低、重量輕、安裝方便、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廠房中得到較為廣泛的應(yīng)用。但是，我國(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)畢竟起步較晚，在理論與實(shí)踐中與國(guó)外尚有很大差距，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，由于門架變截面件的截面尺寸需要經(jīng)過(guò)多次試算才能確定，加之目前設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)還不夠豐富，桿件截面的選擇也不盡合理，容易造成整體結(jié)構(gòu)各桿件應(yīng)力不均，不僅經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不夠理想，而且整體結(jié)構(gòu)的安全度也不高，為了安全、經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)門式剛架，還需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步研究我們的設(shè)計(jì)觀念和存在問(wèn)題，確保工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，推動(dòng)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展。

　　類似工程技術(shù)比較表 工程名稱 薊縣紫砂廠 寧河低度酒廠 寧河物料庫(kù) 建筑面積 7100m2 2666m2 3280m2 剛架跨度 34m 24m 57.6m 柱距尺寸 7.5m 7.5m 7.5m 屋面活荷載 0.3KN/ m2 0.3KN/ m2 0.3KN/m2 單位用鋼量 22Kg/ m2 18Kg/ m2 24Kg/ m2 (以上用鋼量為主剛架單位用鋼量)

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?2009年結(jié)構(gòu)工程師考試時(shí)間：9月19、20日
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