門式鋼架工業廠房靜力分析

許林曉

（聊城大學東昌學院，山東 聊城252000）

1 概述

門式鋼架的主要承重骨架由輕型H 型鋼、冷彎薄壁型鋼、熱軋H 型鋼等構成，由于其自重輕、承載能力高、抗震性能好、施工周期短、經濟環保，目前大量應用于各種工業建筑。特別是大跨度單層工業廠房，門式鋼架是設計時的首選結構形式。本文結合某工程設計實例，對門式鋼架結構進行靜力分析。

2 結構參數

本項目采用PKPM鋼結構二維設計模塊中的門式鋼架部分建模，本文選取中間跨進行分析，其二維模型如圖1 所示，鋼架內側數字分別為梁、柱構件編號。結構形式為單跨雙坡，跨度25.5m，坡度為0.1，柱距8.7m，柱高19.25m，牛腿高度19.99m，屋面與墻面均采用輕型鋁鎂錳板。主體鋼架選用Q345B 鋼材，屈服應力fy=345Mpa。橫梁與柱剛接，由于設有10t 橋式吊車一臺，故柱腳與基礎剛接。中間跨鋼梁采用H 形變截面，梁高400-600mm，上下翼緣寬250mm，腹板厚10mm，翼緣厚14mm，鋼柱截面為700×300×16×18。

圖1 門式鋼架二維模型

3 荷載情況

門式鋼架輕型鋼結構承受的荷載類型主要有：永久荷載、屋面活荷載、風荷載、吊車荷載、地震作用等。設計時應結合實際情況并依據業主提供的基礎資料合理加載。

3.1 永久荷載

永久荷載包括鋼架、屋面板、檁條等構件的自重。構件自重的標準值根據構件的尺寸與材料單位體積的自重計算確定[1]。本工程屋面采用輕型鋁鎂錳板，并設有檁條，經計算，屋面恒載取為0.3kN/m2。

表1 柱內力

3.2 屋面活荷載

采用輕型屋面時，屋面按水平投影面積計算豎向活荷載，標準值取0.5kN/m2。

3.3 風荷載

門式鋼架風荷載作用面積取垂直于風向的最大投影面積[2]。本工程為封閉式鋼架，風壓調整系數取1.1，地面粗糙度為B類，本地區50 年一遇的基本風壓值為0.45kN/m2，受荷寬度8.7m。

3.4 吊車荷載

本工程設有LD 型電動單梁吊車一臺，起重量10t，吊車跨度24m，最大輪壓7.29t，最小輪壓2.06t，小車重1.3t，車寬4m，輪距3.5m，豎向荷載與橫向水平荷載由程序自動導算。

3.5 地震作用

本工程建筑抗震設防烈度為7 度，設計基本加速度為0.15g，所在場地設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類。

表2 梁內力

表3 鋼柱驗算結果

4 內力分析

本文選取5 種工況對各桿件受力情況進行分析，分別為恒荷載、左風1、左風2、右風1、右風2。

4.1 柱內力

各單工況作用下的柱內力見表1。由計算結果可知，在恒荷載作用下，由于單元1 與單元2 對稱，故其各端內力值大小相等，單元3 與單元4 同理。左風工況下，單元1 與單元3 為迎風桿件，單元2 與單元4 為背風桿件，且單元1 各桿件內力值均大于單元2，單元3 各桿件內力值均大于單元4，說明風荷載對迎風側桿件影響較大。

4.2 梁內力

各單工況作用下的梁內力見表2。由計算結果可知，恒載作用下，梁所受軸力遠小于柱，說明對于鋼架整體，軸力主要由柱子承擔。在梁構件中，由于單元2 與單元3 對稱，故單元1 的I端與單元3 的II 端內力值大小相等，單元2 與單元4 同理。風荷載作用下，各桿件軸力大小相同。左風工況下，剪力與彎矩最大值均出現在單元1 的I 端（左側）。右風工況下，剪力與彎矩最大值均出現在單元3 的II 端（右側）。

5 構件驗算結果分析

5.1 鋼柱驗算結果分析

鋼柱驗算結果見表3。各構件應力比、穩定性、高厚比、寬厚比、長細比等參數均滿足規范要求。由驗算結果可知，平面外穩定起控制作用，規范要求平面外穩定最大應力比小于1，柱1 與柱2 的平面外穩定最大應力比為0.96，滿足驗算要求。其余參數富余較大。

5.2 鋼梁驗算結果分析

鋼梁驗算結果見表4。由驗算結果可知，強度及平面內穩定起控制作用，梁1 與梁3 的強度應力比為0.84<1，平面內穩定最大應力比為0.75<1，滿足規范要求。其余參數均有富余。

表4 鋼梁驗算結果

結束語

門式鋼架單層工業廠房設計時，應在全面了解業主需求及設計要點的基礎上綜合分析，選取合理的結構形式，充分考慮結構所承受的荷載作用，保證結構具有較好的強度、剛度及穩定性。