淺析門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

馬喜鎖 李穎 石代

摘 要：本文針對(duì)門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房的普遍應(yīng)用，主要分析了門式鋼鋼架鋼結(jié)構(gòu)概述，門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用，門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用注意問(wèn)題，門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展及除銹防護(hù)。

關(guān)鍵詞：門式鋼架；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)應(yīng)用

我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展很多年，特別是近些年來(lái)發(fā)展日趨完善。輕型門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)槠渥陨砭哂械奶攸c(diǎn)而受到工業(yè)廠房施工的普遍應(yīng)用，本文重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行研究。

一、門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)概述

門式鋼架結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、商場(chǎng)中廣泛應(yīng)用，高層建筑中鋼架結(jié)構(gòu)也越來(lái)越受到重視。各類維護(hù)結(jié)構(gòu)以及沒(méi)有梁柱的彎頂也大量應(yīng)用的薄壁彩鋼板；各文化體育類型的公共建筑物中應(yīng)用的鋼管匯交直接焊接以及較高強(qiáng)度組合拉索機(jī)構(gòu)；薄壁冷彎鋼截面除了利用檁條在維護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)用之外還可以成為構(gòu)件受力的主要結(jié)構(gòu)。鋼架鋼結(jié)構(gòu)一般是指梁和柱的直線類型經(jīng)過(guò)連接的節(jié)點(diǎn)剛性結(jié)構(gòu)。工程項(xiàng)目中經(jīng)常將鉸接梁柱間的結(jié)構(gòu)單層稱之為排架，多跨多層的鋼架類型結(jié)構(gòu)則稱之為框架。鋼結(jié)構(gòu)單層鋼架廠房通常采用輕鋼門式的鋼架鋼結(jié)構(gòu)。住宅建筑物鋼框架鋼結(jié)構(gòu)常常使用的兩種結(jié)構(gòu)支撐類型分別是箱型焊接截面或者是H型鋼。其特點(diǎn)主要是具有較小的自重，良好的抗震性能以及較快的施工速度。框架結(jié)構(gòu)的受力特征在荷載方面的體現(xiàn)是承受了水平與豎向荷載；傳遞豎向荷載的路線是從平板樓蓋現(xiàn)澆到梁上的距離，之后向鋼柱傳遞。

二、門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

1.柱網(wǎng)設(shè)計(jì)要求。廠房門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先應(yīng)當(dāng)按照生產(chǎn)工藝要求對(duì)柱網(wǎng)施工進(jìn)行確定，盡量達(dá)到生產(chǎn)使用的要求，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)鋼架的跨度、高度以及設(shè)計(jì)實(shí)踐確定柱網(wǎng)，在設(shè)計(jì)門式鋼架柱網(wǎng)時(shí)獲得以下結(jié)論：在完整一致的荷載情況下，檀高度是6米，柱距離是7米半，鋼架單位跨度距離范圍是18米到30米之間，鋼用量大概是18到28kg/m2，當(dāng)單位鋼架跨度間距離大概是21到48 米時(shí)，鋼用量是在25到40kg/ m2，廠房高度是12米，跨度達(dá)到48米以上時(shí)一般可用多跨類型鋼架，相較于單跨類型鋼架要節(jié)省18%的用鋼量，因此門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)按照實(shí)際情況選擇經(jīng)濟(jì)型跨度，不適合盲目性的選擇較大跨度。對(duì)于設(shè)計(jì)門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，最重要的部門就是用鋼量。

2.作用門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)荷載值。作用于門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)的荷載一般包括：豎向與水平向的荷載、地震荷載。因?yàn)檩p型鋼結(jié)構(gòu)具有較輕的自重，因此地震產(chǎn)生的反應(yīng)也比較輕，針對(duì)這點(diǎn)來(lái)說(shuō)抗震效果是很好的。

3.計(jì)算鋼架側(cè)移內(nèi)力。（1）計(jì)算內(nèi)力方法：針對(duì)門式變截面鋼架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，利用彈性分析法對(duì)各種內(nèi)力實(shí)施確定，塑性分析法的使用僅在鋼架擁有全部等截面鋼柱時(shí)。門式鋼架變截面計(jì)算內(nèi)力一般利用單元桿系有限元方法。地震產(chǎn)生的效應(yīng)作用可以利用剪力底部方法實(shí)施確定。按照荷載不同的組合情況分析內(nèi)力結(jié)果，找出截面受控的內(nèi)力組合，將截面的位置控制在柱底連接柱頂以及梁跨中的截面。（2）計(jì)算側(cè)移的方法：門式鋼架變截面柱頂產(chǎn)生的側(cè)移應(yīng)當(dāng)利用彈性分析確定，計(jì)算過(guò)程中獲取標(biāo)準(zhǔn)荷載值，對(duì)于分享荷載系數(shù)不需要考慮。

4.設(shè)置拉條、檁條和撐桿。（1）設(shè)置檁條。檁條是屬于彎雙向結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對(duì)其內(nèi)力實(shí)施分析應(yīng)當(dāng)按照兩個(gè)型心主軸截面計(jì)算彎矩。設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)計(jì)算檁條的強(qiáng)度、整體性穩(wěn)固與變形情況。設(shè)計(jì)檁條過(guò)程時(shí)，需要對(duì)檁條的薄壁冷彎構(gòu)件，板件受壓與壓彎的寬度比例，受力產(chǎn)生時(shí)應(yīng)保持的屈曲，計(jì)算強(qiáng)度時(shí)應(yīng)合理利用的有效寬度實(shí)施控制，對(duì)于原來(lái)截面需消弱。與此同時(shí)計(jì)算強(qiáng)度時(shí)應(yīng)采用凈斷面，可以考慮使用消弱釘孔。（2）拉條設(shè)計(jì)：拉條設(shè)置與否取決于檁條在側(cè)向上的剛度，對(duì)于H型輕型鋼的較大側(cè)向剛度以及桁架式空間檁條通常不會(huì)設(shè)置拉條。針對(duì)剛度比較差的側(cè)向?qū)嵏故脚c桁架平面式檁條，為了能夠減少安裝應(yīng)用檁條過(guò)程中產(chǎn)生的側(cè)向變形，保持整體性的穩(wěn)固，通常將拉條設(shè)置在檁條之間，作為側(cè)向上的支撐點(diǎn)。當(dāng)檁條具有的跨度在4米之內(nèi)時(shí)，可以根據(jù)計(jì)算最終結(jié)果判定拉條設(shè)置與否，當(dāng)檁條具有的跨度在4米之外時(shí)，在跨中檁條適合設(shè)置一道拉條。（3）撐桿設(shè)計(jì)：撐桿檁條的重要作用是對(duì)天窗缺口與檐檁位置向上或向下邊檁彎曲側(cè)向。撐桿具有的長(zhǎng)細(xì)比例根據(jù)壓桿的實(shí)際要求，可以使用方鋼管、角鋼制作，撐桿位置，應(yīng)同時(shí)設(shè)計(jì)斜拉條。

三、門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用注意問(wèn)題

1.控制房脊垂直程度。框架豎向斜梁的限值撓度一般規(guī)定為1/180，過(guò)去對(duì)中下垂度是否驗(yàn)算并沒(méi)有明確規(guī)定。根據(jù)目前的新規(guī)定是需要計(jì)算的，通常要分段進(jìn)行構(gòu)件，利用等截面實(shí)施計(jì)算，每一段都需要在水平與豎向進(jìn)行計(jì)算，不能比允許數(shù)值大，等同于對(duì)跨中垂度實(shí)施的驗(yàn)算。

2.砼柱與鋼柱的結(jié)合問(wèn)題。門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，部分會(huì)利用斜梁輕鋼與混凝土柱結(jié)合，斜梁采用端板豎放式連接砼柱的預(yù)埋式螺栓，組成鋼接，目的是想要節(jié)約鋼材以及造價(jià)。在門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)中的框架有鋼柱與砼柱組合，這個(gè)情況下梁柱只能采用鉸接，不適合鋼接。高層建筑物中的鋼墻連接也是這樣。因此，需要注意排架由鋼梁與砼柱組合是允許的，可是將剛架中的鋼柱用砼柱替代，不改變鋼梁是不允許的。

3.檁條存在的計(jì)算問(wèn)題。檁屬于薄壁冷彎結(jié)構(gòu)件，壓彎或是受壓板件具有比較大的寬度比，在受力產(chǎn)生時(shí)應(yīng)屈曲，計(jì)算強(qiáng)度需利用有效的寬度，對(duì)于原來(lái)的截面要實(shí)施減弱，不需做到全截面都有效。一般情況下設(shè)計(jì)人員對(duì)計(jì)算強(qiáng)度的凈斷面容易忽略，忽視了釘孔的減弱。這種類型的減弱一般會(huì)在6-15%之間，對(duì)于截面窄小的梁會(huì)產(chǎn)生比較大的影響。按照相關(guān)規(guī)定，鋼架構(gòu)件具備的受拉強(qiáng)度應(yīng)按照凈截面進(jìn)行計(jì)算，受壓強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)按照有效的截面實(shí)施計(jì)算，穩(wěn)定特性應(yīng)當(dāng)按照有效截面進(jìn)行計(jì)算。

四、門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展及除銹防護(hù)

1.門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展應(yīng)用。可以在高性能鋼材方面實(shí)施應(yīng)用研究，提升強(qiáng)度與抗腐蝕性，經(jīng)濟(jì)斷面類型的鋼材，例如H型鋼、鋼板壓型、方管等。可以在結(jié)構(gòu)方面實(shí)施革新應(yīng)用，對(duì)于空間結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)以及高層鋼類型結(jié)構(gòu)等方面的創(chuàng)新研究。理論優(yōu)化以及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的輔助應(yīng)用。深入研究極限狀態(tài)，防止特殊荷載情況下出現(xiàn)的實(shí)效結(jié)構(gòu)等。

2.門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)除銹防護(hù)。選擇對(duì)鋼結(jié)構(gòu)除銹方法中，其中在小型低要求構(gòu)件中適合手動(dòng)除銹，除銹并不徹底。相對(duì)厚實(shí)的構(gòu)件使用噴砂除銹，這個(gè)方法非常徹底干凈。薄壁構(gòu)件或者不適合使用噴砂除銹的可以利用酸洗方法，除銹效果良好。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)采用的防護(hù)主要有防火、防腐及隔熱。鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)定，需要在設(shè)計(jì)方案中明確指出對(duì)鋼材實(shí)施的除銹級(jí)別以及涂層涂料具備的厚度，在地面以下的柱腳應(yīng)當(dāng)充分利用混凝土實(shí)施包裹，發(fā)生腐蝕的柱腳不適合在地下埋入，保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的層厚應(yīng)按照建筑物的耐火程度實(shí)施設(shè)計(jì)，受到高溫影響，應(yīng)按照情況的不同設(shè)計(jì)相應(yīng)的防護(hù)隔熱措施。

五、結(jié)語(yǔ)

在門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中，應(yīng)合理分配與把握設(shè)計(jì)關(guān)鍵，能夠有效的節(jié)省鋼材的用量。門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)槠渚哂械妮^輕重量、較低的構(gòu)件等特點(diǎn)，在工業(yè)廠房中被廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李翔，劉曉輝. 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探討[J]. 四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009， （ 5 ） .

[2] 趙臣帥，宋雙宇. 淺談門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 福建建材，2011.