輕型門式剛架廠房結構設計要點探討

干勇

摘 要：輕型門式剛架廠房不僅可以滿足工業生產工藝跨度大、凈空高的要求，還可以節約工廠建設的相關成本，是工程中的重要組成部分。我國引進并大量采用輕型門式剛架廠房的歷史不長，現階段結構設計中存在一些問題，導致輕型門式剛架廠房質量下降。基于此，本文就對輕型門式剛架廠房結構設計要點進行探究，以期為輕型門式剛架廠房結構設計工作提供參考依據。

關鍵詞：輕型門式剛架廠房；結構設計；要點分析

中圖分類號：TU392.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0145-01

傳統的廠房建筑物都是以鋼筋混凝土為基礎，不僅會對環境造成嚴重污染、建設周期長，還大量消耗社會資源。而輕型門式剛架廠房的出現不僅可以解決和改善此類情況，并且具有組成廠房的所有鋼構件均可工業化生產、施工工藝簡單、施工速度快、鋼構件可回收重復利用等優點，對于現今能源、資源日益緊缺的時代尤為重要。因此這種輕型門式剛架結構形式的廠房已得到了廣泛的應用，基于此，本文就對輕型門式剛架廠房結構的平面布置進行分析，并探討輕型門式剛架廠房結構節點的設計要點，以期提高輕型門式剛架廠房的安全性，保證質量。

1 輕型門式剛架廠房結構的平面布置要點分析

1.1 輕型門式剛架廠房的柱網布置要點

廠房的柱網由橫向跨度和縱向的柱距決定，廠房的跨度根據生產工藝的要求決定，跨度一般為24m左右最為常見，最好滿足3m的模數要求。柱距以6～9m居多，柱距的大小除要滿足生產工藝要求外，還有結合基礎類型綜合考慮，由于樁基礎的造價要比獨立基礎高得多，因此廠房的基礎若采用樁基礎，那么廠房的柱距就取大于7.5m；廠房的基礎若采用獨立基礎，那么廠房的柱距就取小于7.5m。因此，柱網布置不能一成不變，要結合實際情況靈活布置，這樣才能既滿足生產工藝的要求，又減少了總造價，降低了成本。

1.2 輕型門式剛架廠房的溫度區段長度布置要點

隨溫度變化，結構構件產生伸縮，當廠房結構過長過寬時就會產生較大的溫度應力，但由于精確的溫度應力計算比較困難，特別是目前構件節點對溫度變形后約束的改變量無法計算。并且屋面、墻體都使用鋼材料，這些鋼材料對溫度區段長度也有一定的要求，在此種情況下，要想保證輕型門式剛架廠房的溫度區段長度布置合理，就需要做好以下兩個方面工作：一方面，相關人員可以根據廠房具體情況合理劃分溫度區段長度，根據《門規》縱向溫度長度最好控制在300.00米以內、橫向溫度長度不超過150.00米。另一方面，由于部分廠房需要有一定的伸縮性，此種情況下，設計人員可以在廠房溫度區段之間搭接螺栓，將兩部分進行連接，控制廠房屋面的膨脹度，提高廠房安全性。

1.3 輕型門式剛架廠房的橫向框架和縱向框架布置

輕型門式剛架廠房的橫向框架的基本構件就是梁與柱，其組成有多種的形式，最新版的《門規》GB51022-2015第5.1.2條中已給出門式剛架形式示例，與老規范比較增加了局部夾層：縱向帶夾層剛架、端跨帶夾層剛架。這樣極大的滿足了工業生產的實際需要。這里需要注意的是，無吊車的廠房柱可設置成變截面，柱腳節點可做成鉸接連接，有吊車時柱腳節點須做成剛性連接，這樣能明顯降低用鋼量。

輕型門式剛架廠房的縱向框架基本構件就是柱、連系梁和支撐組成。設有橋式吊車的縱向框架，吊車梁可作為連系梁。縱向框架中的連系梁、吊車梁和支撐構件與梁做成鉸接連接，柱腳在縱向方向也按鉸接處理。

1.4 輕型門式剛架廠房的支撐布置要點分析

輕型門式剛架廠房的支撐體系包含屋面支撐和柱間支撐，它們共同構成了廠房的支撐系統，在一個獨立的區段內同梁、柱一起形成穩定的空間受力體系。支撐的布置要點主要包含以下幾個方面內容：第一，屋面支撐和柱間支撐一般在同一開間布置，確保形成完整的空間受力體系。第二，無吊車的廠房支撐設置在獨立的區段的兩端，并每隔30～40m設置一道；有吊車的廠房每隔60設置一道。第三，當設有帶駕駛室且起重量大于15t橋式吊車的跨間，還應在屋蓋的邊緣設置屋面縱向支撐；在有抽柱的柱列，沿托架長度應設置縱向支撐。這樣才能確保形成完整的空間受力體系。

2 輕型門式剛架廠房結構設計要點分析

2.1 輕型門式剛架廠房的剛架設計要點

輕型門式剛架廠房的的跨度大，通常把剛架梁做成變截面的形式是減少用鋼量的手段之一。輕型門式剛架的承載力極限狀態，包括構件的截面強度和剛架整體在計算平面內外的穩定性，一般均要利用柱和梁腹板的屈曲后強度，由于利用屈曲后強度的計算公式是適用范圍的，因此在確定剛架梁的幾何尺寸時應符合以下幾點要求：（1）腹板高度如有變化，應為直線變化或分段直線變化；（2）腹板高度的變化率不大于60mm/m；（3）板件寬厚比應滿足：b/tf≤15√235/fy；hw/tw≤250√235/fy。因屋面有一定坡度，剛架梁是斜梁，斜梁除受彎外還要受軸壓力，所以剛架梁還應按壓彎進行強度計算。只有這樣，才能既減少用鋼量，又保證結構的安全。

2.2 輕型門式剛架廠房的檁條設計要點

輕型門式剛架廠房屋面構成，一般為檁條+彩鋼板。檁條設計要點包含以下幾個方面：第一，檁條作為構件來設計，其屋面活荷載的取值是與剛架計算時屋面活荷載取值有所不同。檁條設計活荷載包括，不上人屋面活荷載0.5KN/m2、施工時跨中集中荷載1KN。第二，檁條的間距，為減少屋面板撓度、防止因屋面板過大的變形漏雨，建議檁條的間距不要超過1.5m。第三，檁條按結構形式分為簡支檁條和連續檁條，同過大量的設計施工實例，跨度小于7.5m采用簡支檁條、跨度大于7.5m采用連續檁條較為節省鋼材。第四，檁條材質的選擇，一般檁條材質有兩種Q235和Q345可供選擇。Q345材料設計強度大、截面尺寸小，但材質硬施工難度大，建議跨度大于7.5m時采用Q345。這樣，才能既減少用鋼量，又保證廠房結構的安全和耐久使用要求。

2.3 輕型門式剛架廠房的節點構造設計要點

輕型門式剛架廠房的節點主要包括：柱腳、梁-柱梁連接和梁-梁連接。在節點設計時，不僅要滿足計算軟件合理的計算結果，而且還要滿足設計的構造要求：第一，柱腳與鋼筋混凝土基礎的連接做法，鋼柱基礎的地腳螺栓中心至基礎頂面邊緣的距離不小于5d（d為地腳螺栓直徑），也不小于150mm，鋼柱底板邊緣至基礎頂面邊緣的距離不小于100mm；柱腳底板尺寸較大時，還應預留注漿孔，以保證與基礎頂面二次灌漿的需要。第二，梁-柱梁連接，普遍采用梁的端板豎放或橫放，跨度超過24m時，建議端板橫放，端板橫放時梁上的豎向力轉化為柱頂壓力，當屋面的風吸力大于屋蓋自重時柱頂受拉，這兩種工況都減輕了對螺栓抗剪承載力的要求。另外，端板橫放也便于工地安裝。第三，梁-梁連接，由于構件運輸的限制以及采用變截面梁，通常將剛架梁分段制作，在現場安裝時再連成整體，連接的形式采用端板式，目前工程設計都是軟件計算及出圖，但設計人員還應采取一些加強的構造措施，來增強梁連接節點的剛度，具體的構造措施：連接螺栓的直徑不宜小于20mm；連接端板的厚度大于等于20mm且不低于螺栓直徑。當采取了以上各種節點的構造措施后，就能保證廠房結構的安全和耐久使用要求。

3 結語

在我國社會經濟快速發展的背景下，輕型門式剛架廠房的大量采用，對廠房結構設計工作提出了新的要求，設計人員要想保證廠房結構設計質量，嚴格把握輕型門式剛架廠房結構設計要點，采取必要的結構構造措施，從而保證廠房各個組成部分都符和要求，提高輕型門式剛架廠房結構質量和穩定性。

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