探讨门式刚架轻型钢结构设计

2013-04-09李骁男

河南建材 2013年1期

李骁男

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

0 引言

随着轻型门式刚架房屋结构引入并在我国的多年利用，轻钢结构在我国已经进入繁荣发展的时代。然而这种轻型结构现在大多由钢结构制作加工单位代为设计。因而在实际工程中许多工程技术人员无论什么厂房外部条件大都以经验去做，使得这种结构在实际工程中存在一些问题。就门式刚架在工作实际中经常遇到的一些问题进行探讨，以供结构同行参考。

1 门式刚架活荷载取值

门式刚架房屋上作用的活荷载一般有∶竖向荷载（雪荷载、积灰荷载等）、水平荷载（风荷载、吊车刹车力）及地震作用。由于轻钢结构自重较轻，所以对风荷载的反应非常敏感，这一点尤其应注意。风荷载依据《建筑结构荷载规范》（GB50011-2012）和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102∶2002进行设计，需要注意的是两本规范对风载的体型系数及取值都有很大不同,一般来说，《荷载规范》偏于保守。如果选择《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》计算端区和中间区迎风宽度按《门刚规程》附录A（风荷载计算章节）第A.0.3条计算。而屋面活荷载可根据工程条件进行折减。

2 门式刚架的计算方法

轻钢结构门式刚架的计算主要包括刚架的计算及结构构件的计算等。

2.1 刚架的计算

内力计算方法和侧移计算方法见《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102∶2002）,具体计算可编制程序上机计算。

2.2 结构构件的计算

注意《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102∶2002）和《钢结构设计规范》（GB50017-2003）构件设计公式有不同之处，在上机计算时应根据工程实际选择合适结构体系及对应的技术规范、规程。

3 屋面支撑与柱间支撑的设计

为了使钢结构厂房构成空间稳定结构，在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系；在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。并且柱间支撑的设置可以大大增加厂房的纵向刚度，增强厂房的纵向稳定性。因此支撑的设置显得尤为重要，不容小视。

1）《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)第 8.1.5条，单层房屋和露天结构的温度区段长度（伸缩缝的间距）不超过表8.1.5的数值时，一般情况可不考虑温度应力和温度变形的影响。

2）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102∶2002）第4.5.2条，柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。

3）《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)第9.2.15条，厂房单元的各纵向柱列，应在厂房单元中部布置一道下柱柱间支撑。

4）柱间支撑的计算，应考虑作用在支撑上的风荷载、吊车纵向刹车力、纵向地震力。

5）柱间支撑除了可以选择按单拉杆件进行设计外，还可以考虑刚性支撑按一拉一压状态进行设计。按一拉一压状态进行设计还需要考虑受压杆件的稳定性验算,按《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)轴心受压杆件计算。

4 基础设计

要正确进行基础设计，首先要知道基础破坏形式，对其工作原理有所了解。对于混凝土结构，通常柱网尺寸较小，故柱底水平力相对较小，基础一般不会产生滑移现象,又由于上部结构自重很大，足以抵抗风荷载作用下产生的上拔力，故基础也不会产生上拔的可能，对于这种结构，基础主要发生冲切、剪切破坏；而轻钢结构则不同，基础除发生冲切、剪切破坏之外，由于存在较大的水平力，对于固接柱脚，还存在较大的弯矩作用，从而导致基础产生倾覆和滑移破坏。另外，在风荷载较大的情况下，特别对于一些敞开或半敞开的结构，由于轻钢结构自重很轻,有可能不足于抵抗风荷载产生的上拔力，导致基础上拔破坏。为防止这些破坏的发生，最经济有效的方法是增加基础埋深，即增加基础上覆土的厚度，但因此会增加土方开挖和回填工程量。