探討門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

李驍男

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

0 引言

隨著輕型門式剛架房屋結(jié)構(gòu)引入并在我國的多年利用，輕鋼結(jié)構(gòu)在我國已經(jīng)進入繁榮發(fā)展的時代。然而這種輕型結(jié)構(gòu)現(xiàn)在大多由鋼結(jié)構(gòu)制作加工單位代為設(shè)計。因而在實際工程中許多工程技術(shù)人員無論什么廠房外部條件大都以經(jīng)驗去做，使得這種結(jié)構(gòu)在實際工程中存在一些問題。就門式剛架在工作實際中經(jīng)常遇到的一些問題進行探討，以供結(jié)構(gòu)同行參考。

1 門式剛架活荷載取值

門式剛架房屋上作用的活荷載一般有∶豎向荷載（雪荷載、積灰荷載等）、水平荷載（風(fēng)荷載、吊車剎車力）及地震作用。由于輕鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，所以對風(fēng)荷載的反應(yīng)非常敏感，這一點尤其應(yīng)注意。風(fēng)荷載依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50011-2012）和《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102∶2002進行設(shè)計，需要注意的是兩本規(guī)范對風(fēng)載的體型系數(shù)及取值都有很大不同,一般來說，《荷載規(guī)范》偏于保守。如果選擇《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》計算端區(qū)和中間區(qū)迎風(fēng)寬度按《門剛規(guī)程》附錄A（風(fēng)荷載計算章節(jié)）第A.0.3條計算。而屋面活荷載可根據(jù)工程條件進行折減。

2 門式剛架的計算方法

輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架的計算主要包括剛架的計算及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算等。

2.1 剛架的計算

內(nèi)力計算方法和側(cè)移計算方法見《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102∶2002）,具體計算可編制程序上機計算。

2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算

注意 《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 102∶2002）和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）構(gòu)件設(shè)計公式有不同之處，在上機計算時應(yīng)根據(jù)工程實際選擇合適結(jié)構(gòu)體系及對應(yīng)的技術(shù)規(guī)范、規(guī)程。

3 屋面支撐與柱間支撐的設(shè)計

為了使鋼結(jié)構(gòu)廠房構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在每個溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系；在設(shè)置柱間支撐的開間，宜同時設(shè)置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系。并且柱間支撐的設(shè)置可以大大增加廠房的縱向剛度，增強廠房的縱向穩(wěn)定性。因此支撐的設(shè)置顯得尤為重要，不容小視。

1）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50017-2003)第 8.1.5條，單層房屋和露天結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段長度（伸縮縫的間距）不超過表8.1.5的數(shù)值時，一般情況可不考慮溫度應(yīng)力和溫度變形的影響。

2）《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 102∶2002）第4.5.2條，柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向柱距、受力情況和安裝條件確定。

3）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2010)第9.2.15條，廠房單元的各縱向柱列，應(yīng)在廠房單元中部布置一道下柱柱間支撐。

4）柱間支撐的計算，應(yīng)考慮作用在支撐上的風(fēng)荷載、吊車縱向剎車力、縱向地震力。

5）柱間支撐除了可以選擇按單拉桿件進行設(shè)計外，還可以考慮剛性支撐按一拉一壓狀態(tài)進行設(shè)計。按一拉一壓狀態(tài)進行設(shè)計還需要考慮受壓桿件的穩(wěn)定性驗算,按 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50017-2003)軸心受壓桿件計算。

4 基礎(chǔ)設(shè)計

要正確進行基礎(chǔ)設(shè)計，首先要知道基礎(chǔ)破壞形式，對其工作原理有所了解。對于混凝土結(jié)構(gòu)，通常柱網(wǎng)尺寸較小，故柱底水平力相對較小，基礎(chǔ)一般不會產(chǎn)生滑移現(xiàn)象,又由于上部結(jié)構(gòu)自重很大，足以抵抗風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的上拔力，故基礎(chǔ)也不會產(chǎn)生上拔的可能，對于這種結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)主要發(fā)生沖切、剪切破壞；而輕鋼結(jié)構(gòu)則不同，基礎(chǔ)除發(fā)生沖切、剪切破壞之外，由于存在較大的水平力，對于固接柱腳，還存在較大的彎矩作用，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生傾覆和滑移破壞。另外，在風(fēng)荷載較大的情況下，特別對于一些敞開或半敞開的結(jié)構(gòu)，由于輕鋼結(jié)構(gòu)自重很輕,有可能不足于抵抗風(fēng)荷載產(chǎn)生的上拔力，導(dǎo)致基礎(chǔ)上拔破壞。為防止這些破壞的發(fā)生，最經(jīng)濟有效的方法是增加基礎(chǔ)埋深，即增加基礎(chǔ)上覆土的厚度，但因此會增加土方開挖和回填工程量。

5 結(jié)語

只有正確使用門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu),做到安全、可靠，才能充分發(fā)揮門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)造價低、重量輕、安裝方便、施工周期短等優(yōu)點，使這種結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房工程中得到更加廣泛的應(yīng)用。

[1]CECS102:2002,門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]宋曼華.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000,3.

[4]楊風(fēng)第,周永麟.輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋柱基礎(chǔ)設(shè)計的探討[M].

[5]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)原理,房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[6]GB500117-2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[M].