對建筑中門式鋼架輕型結(jié)構(gòu)體系的分析研究

佛山市高明區(qū)明德建筑工程有限公司 區(qū)健鵬

對建筑中門式鋼架輕型結(jié)構(gòu)體系的分析研究

佛山市高明區(qū)明德建筑工程有限公司 區(qū)健鵬

門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系是近年來建筑行業(yè)一個(gè)新的發(fā)展方向,其在建筑方面的用途十分廣泛,具有施工工期短、資金投入少、擴(kuò)建較靈活、維護(hù)費(fèi)用較低以及供貨單一等特點(diǎn)。本文在系統(tǒng)地介紹門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)的同時(shí),分析其所采用的設(shè)計(jì)原理,針對設(shè)計(jì)中的一些問題,提出了一些相關(guān)的注意事項(xiàng)和優(yōu)化措施,以期達(dá)到完善門式鋼架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),促進(jìn)其進(jìn)一步發(fā)展的目的。

門式鋼架輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

20世紀(jì)中葉,我國已經(jīng)開始對門式鋼架輕型結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,尤其是近幾年來,隨著我國鋼材產(chǎn)量的增加和各種型號(hào)的鋼材的大量生產(chǎn),使得門式鋼架結(jié)構(gòu)體系在建筑行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用,從而,進(jìn)一步推動(dòng)了我國鋼材的快速發(fā)展。但是門式鋼架輕型結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和使用過程中還是存在著各種缺陷,本文就設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問題以及設(shè)計(jì)中需要改善的地方提出一些相關(guān)的建議。

一、門式鋼架輕型結(jié)構(gòu)體系的具體特點(diǎn)

門式鋼架輕型結(jié)構(gòu)體系近年來在被廣泛應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工過程中。它是用焊接H型的鋼作為砥柱,以彩鋼板作為墻板,在施工現(xiàn)場用焊接的門式鋼架承擔(dān)主要重量,同時(shí),還有門窗、零件等相對完整的結(jié)構(gòu)體系。這種體系的特點(diǎn)如下:

1.結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量較輕。門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的圍護(hù)結(jié)構(gòu)多數(shù)是由玻璃棉等相對比較輕便的材料構(gòu)成,這就使得墻面的重量偏低。相關(guān)資料表明,單層輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)的房屋用鋼量僅為相同跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼量的3%～5%,鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的輕便,在一定程度上也就相應(yīng)地減少了地基的處理費(fèi)用。同時(shí),在相同地震動(dòng)強(qiáng)度下,門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)的所產(chǎn)生反應(yīng)較小,而且即使在房屋較高的情況下,門式鋼架結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載也能有效地得到控制。

2.施工時(shí)間短。門式鋼架結(jié)構(gòu)體系中所用的主要機(jī)器元件,多是在工廠的車間里,按具體要求嚴(yán)格生產(chǎn)的,首先,質(zhì)量在很大程度上就有了保證,同時(shí),在施工安裝過程中,幾乎排除濕作業(yè)的可能性,高強(qiáng)度螺栓作為大多數(shù)元件的連接構(gòu)件,不僅操作方便,而且節(jié)省了具體安裝的時(shí)間。

3.柱網(wǎng)布置靈活。門式鋼架結(jié)構(gòu)的圍護(hù)體系不同于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式,其多采用金屬壓型板,而不像鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)形式那樣,還需額外設(shè)置托架等。門式鋼架結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行柱網(wǎng)布置即可,這樣的結(jié)構(gòu)就不會(huì)受到模數(shù)的限制,相對來說布置形式比較靈活,而相鄰柱網(wǎng)之間的距離則需根據(jù)具體的施工要求和最大限度的節(jié)省鋼量為原則來確定。

4.經(jīng)濟(jì)效益高。門式鋼架結(jié)構(gòu)多以計(jì)算機(jī)作為其輔助工具,這樣不僅縮短了設(shè)計(jì)的周期、而且在原材料的設(shè)計(jì)使用過程中,也可以由繁就簡,同時(shí),在構(gòu)件的價(jià)格過程中,多采用先進(jìn)化的技術(shù)設(shè)備生產(chǎn)、在加快速度的前提下,還在一定程度上提高了生產(chǎn)效率,這樣,就使得投入資金的利用周期變短,回收效益明顯增加。

二、設(shè)計(jì)中需注意的事項(xiàng)

1.屋面活荷載的取值。根據(jù)《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定:屋面的活荷載在不上人的情況下,應(yīng)為0.5 kN/m2,但作為屋面結(jié)構(gòu)的屋面板和檁條等結(jié)構(gòu)部件的荷載面積應(yīng)大于60 m2的可乘折減系數(shù)0.6,但為了同鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范相匹配,多采用0.3 kN/m2,如超過該值,就會(huì)產(chǎn)生安全隱患,尤其要注意的是雪荷載,根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn),當(dāng)雪荷載大于0.3 kN/m2時(shí),一定要根據(jù)雪荷載的大小取值。

2.壓型鋼板的設(shè)計(jì)。截面的抗彎剛度往往取決于壓型鋼板的波高,波高越大抗彎剛度也就越大,截面所能承受的荷載也就相應(yīng)增大,但是,壓型鋼板為了滿足防火的要求,可根據(jù)建筑物的特點(diǎn)、建筑物的結(jié)構(gòu)形式等因素來考慮其填充材料的選材問題,現(xiàn)在常用的壓型鋼板通常是采用玻璃絲綿等作為其內(nèi)部填充材料。同時(shí),Q235-A鋼則作為建筑工程中的首選鋼板。對于大跨度的檁條,屋面板上部要做防水層,在做防水層的同時(shí),還要考慮采用大荷載的波板,將波峰朝下,將彩板底部朝上安裝,這樣在滿足荷載要求的同時(shí),還能使SBS的防水層得到有效粘貼。

3.鋼架柱的支撐設(shè)計(jì)。鋼架柱的支撐設(shè)計(jì),應(yīng)該根據(jù)鋼柱行列所受的縱向的風(fēng)荷載計(jì)算,也就是按照支承于柱腳的豎向懸臂桁架進(jìn)行計(jì)算,對于交叉支撐的部位可不計(jì)壓桿部分的受力程度。

4.受彎構(gòu)件的撓度控制。受彎構(gòu)件的撓度值一般規(guī)定為1/180,這個(gè)值通常只適用于冷彎型鋼檁條和支撐壓型鋼板屋面,而門式鋼架的撓度值最大可為1/ 240,若裝有起重機(jī)的屋面的檁條的撓度值則要求不大于1/400。

三、門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化措施

1.鋼架間距的優(yōu)化。屋面的荷載、鋼架的跨度和檁條形式等影響鋼架的間距,具體情況如下:鋼架的跨度與鋼架的間距之間呈相反的比例變化,檁條的用鋼量則是隨著鋼架間距的增大而增大的,因此,只有確定合理的柱間距才能達(dá)到既節(jié)約鋼材,又使設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的,這樣才能推動(dòng)門式鋼架輕鋼房屋結(jié)構(gòu)體系的進(jìn)一步發(fā)展。大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明,柱距有一個(gè)相對穩(wěn)定的值,當(dāng)具體的柱距在這個(gè)值以下,那么鋼架的用鋼量是隨著柱距的增大而逐漸減少的,但柱距增大到這個(gè)數(shù)值后,鋼架的用鋼量在柱距的增大的情況下,其下降的幅度則不像先前那么明顯。

2.結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的確定。門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)的形式多種多樣,例如:多跨鋼架結(jié)構(gòu)多采用搖擺柱。當(dāng)中柱相對較高時(shí),風(fēng)荷載作用下的柱頂位移就較大,為控制這種情況的發(fā)生,柱腳一般做成鋼接,在一定程度上還節(jié)省了鋼材。同時(shí),門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)一般都采用實(shí)腹式的梁和柱來適應(yīng)彎矩的變化,經(jīng)實(shí)踐證明,這種方法不但減少了施工過程中截面尺寸的計(jì)算次數(shù),而且還優(yōu)化了人工干預(yù)截面的有效范圍,在快速得到截面理想尺寸的同時(shí)。還保證了構(gòu)件的整體得穩(wěn)定性。

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