门式刚架轻型房屋钢结构的设计要求

邢台市建筑设计研究院 侯利锋

门式刚架轻型房屋钢结构的设计要求

邢台市建筑设计研究院 侯利锋

近年来,门式刚架轻型房屋钢结构体系作为轻型房屋钢结构工业建筑和民用建筑的主要结构形式之一,已经得到广泛的应用。本文对门式刚架轻型房屋钢结构的设计要求进行了探讨。

门式刚架轻型房屋钢结构设计

一、门式刚架轻型房屋钢结构的特点

(1)构造简单,材料单一。容易做到设计标准化定型化,构件加工制作工业化,所以现场安装预制装配化程度高。(2)自重轻。降低了基础材料用量;减少构件运输、安装工作量;并且有利于结构抗震。(3)施工工期短。构件标准定型装配化程度高,所以现场安装简单快速,现场没有湿作业,现场安装不受气候影响。(4)可以满足多种生产工艺和使用功能的要求。(5)轻钢结构建筑属于环保性、节能性产品,厂房可以搬迁,材料可以回收。(6)造价相对较便宜。随着我国钢产量的增加,钢材价格的下调,竞争的激烈,轻钢结构建筑与同类砖混结构建筑相比,造价持平或略低。

二、门式刚架轻型房屋钢结构的主要结构形式

门式刚架轻型房屋钢结构是一种有效利用材料的结构形式。由于构件尺寸较小,房屋高度相应降低,建筑体积和重量减小。刚架构件可以在工厂批量化和标准化生产,工地采用高强螺栓安装连接,简便而迅速,施工工期短,社会效益和综合经济效益明显。同时,门式刚架轻型房屋钢结构造型简洁美观,改扩建容易,一般设计、制作和安装一体化,在房屋建筑中适用性强。

1.门式刚架的结构形式

门式刚架轻型房屋钢结构的结构布置较为灵活,可以满足各种使用功能的厂房设计要求。其选用的形式也较多,从结构的跨度可以分为:单跨、双跨、多跨和高低跨;从截面形式可以分为:实腹式和格构式;从是否带吊车可以分为:带吊车结构和不带吊车结构;从屋面坡度可以分为:单坡和双坡。本文主要研究单跨、双跨、三跨和带吊车和不带吊车等几种结构形式。

2.门式刚架的主要结构组成

(1)刚架:在门式刚架房屋结构中,承重结构一般采用三块钢板焊成的H形截面实腹式刚架,结构柱与梁工厂制作,现场采用高强螺栓连接。(2)吊车梁:由于门式刚架轻型房屋钢结构多采用中、轻级工作级别单梁吊车或是电动葫芦,其吨位一般不大于20吨,吊车梁通常采用加强上翼缘的实腹式工形截面梁,以承担吊车横向水平制动力的要求。(3)抗风柱:门式根据轻型房屋钢结构中的抗风柱主要承受两种荷载:墙板自重和水平风荷载。相比较而言,水平风荷载对抗风柱的影响远大于墙板自重,一般下端与基础铰接,上端与屋面梁通过弹簧板连接。(4)屋面和墙体:多采用轻质高强屋面材料,如各种型式的彩色压型钢板等;对需要保温的厂房,则可采用夹芯保温板。这样使整个厂房的自重大为降低。由于新型墙板柔性大,适应变形能力强,对结构的刚度要求也相对较低。(5)檩条和墙梁:檩条和墙梁多采用大断面的冷弯薄壁型钢,高度可达300mm,厚度达3.0mm。但当跨度大于12m时,采用实腹式檩条变得很不经济或规格常受到限制,宜采用桁架式。檩条和墙梁不仅增加厂房的纵向刚度,而且传递纵向水平力。(6)支撑:支撑包括柱间支撑和屋面支撑。其布置及计算目前一般采用和普通钢结构厂房相似的方式。(7)基础:一般采用钢筋混凝土独立基础、柱下条形基础和桩基础等几种基础形式。另外,压型钢板与横梁、檩条(墙架梁)牢固连接所形成的应力蒙皮效应,可以提高刚架的稳定性,减少支撑的数量,从而节约钢材。

三、轻型房屋钢结构的设计要求

(1)主刚架:主刚架一般假设成平面结构,按弹性方法分析内力和变形。对于单层钢结构工业厂房所要考虑的荷载是风荷载、雪荷载、吊车荷载、结构自重和屋面活载,地震作用基本不起控制作用。主刚架截面通常采用薄板和中厚板焊接的工形截面,腹板的高厚比在100以上,但较少布置加劲肋,按有效截面理论计算构件的强度,充分利用钢材屈曲后强度,钢板厚度基本不会超过20mm。主刚架的梁柱构件常采用变截面,在弯矩较大的部位加大腹板的高度或加腋,使构件的截面材料得到充分利用。设计时可考虑檩条和墙梁对主体刚架的平面外稳定作用,或加隅撑进一步提高主结构的整体稳定性。(2)吊车梁:门式刚架轻型房屋钢结构多采用20吨以下的中、轻级工作级别吊车,由于轻型钢结构厂房中的吊车产生的横向荷载比较小,一般不需要设置制动结构,采用加强受压翼缘方式提高吊车梁的整体稳定性,吊车梁的上翼缘与腹板采用熔透对接焊缝连接,下翼缘与腹板采用角焊缝连接。(3)抗风柱:抗风柱的上端采用弹簧板与刚架梁相连,下端设置单独的基础,弹簧板由一块钢板折叠而成,竖向刚度很弱,上部的钢架梁可以自由变形,节点不传递竖向力。在水平方向弹簧板不容易发生变形,刚度很大,能够保证水平荷载的传递。抗风柱的柱脚节点同正常钢柱的柱脚,分刚接和铰接两种形式。而对门式刚架轻钢结构的抗风柱来说,采用什么样的柱脚节点对抗风柱的设计影响不大,但对于基础的设计则非常关键。(4)檩条、墙梁:轻钢房屋结构房屋的屋面和墙面结构主要是采用冷弯薄壁型钢,按简支梁设计,可利用墙板和屋面板的约束作用保证其侧向稳定性。(5)支撑体系:此外,还要设计山墙抗风柱和屋(墙面)支撑。轻型房屋钢结构的支撑多为单角钢或圆钢交叉支撑,按拉杆设计,如有特殊需要也可采用人形支撑。(6)基础:根据上部结构的传递的基础反力和地质资料设计基础,为保证基础的整体稳定性和减小基础的偏心矩,通常设置基础地梁。基础设计中要考虑多台多跨吊车荷载对基础的不利影响,过大偏心距的设计和柱脚抗剪设计。(7)轻型房屋钢结构的现场连接主要螺栓连接,主刚架结构采用高强度螺栓,支撑和屋(墙)面结构采用普通螺栓。

[1]刘承宗,周志勇.我国轻钢建筑及其发展问题探讨.工业建筑,2007,30(4)

[2]弓晓芸.轻钢结构建筑的应用及发展.工业建筑.2007,30(5)

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