大雪载地区的轻钢厂房结构设计分析

【摘 要】结合工程实例，针对大雪载地区的轻钢厂房，从结构选型、荷载取值、结构计算、构造措施等方面为轻钢结构厂房设计和计算提供参考和建议。东北地区一直是暴雪高发地区，轻钢结构具有跨度大、施工速度快、质量轻、造价低的优点，因暴雪地区轻钢结构设计对雪荷载堆积考虑较少，本文以设计的东北某厂区淀粉糖车间为例，从结构选型、荷载取值、结构计算、构造措施等方面进行论证分析。

【关键词】雪荷载 轻钢结构 选型 计算 构造

1结构选型

淀粉糖车间主要用途是淀粉糖生产流程中的糖化和成品灌装，现场场地较为平整，无不良地质，持力层土层变化均匀。该厂房由伸缩缝分割为几个结构独立、工艺连续部分，糖化区和成品灌区分开布置。

糖化区厂房纵向由两道伸缩缝分割为41m、49m、36m的三部分。伸缩缝处设置双柱，每个温度区间设置柱间支撑一道。成品灌区纵向长度38m，设置柱间支撑一道；屋面支撑与柱间支撑对应布置；依据《钢结构设计规范》5.3.8、5.3.9条长细比取值。

根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》总则1.0.2满足限定：“单跨或多跨实腹式门式刚架”、“轻型屋盖和轻型外墙”、“无桥式吊车”、“有小于3T的悬挂式起重机”、“单层钢结构”；4.2.2条规定：“门式刚架的平均高度采用4.5～9.0m，当有桥式吊车时不宜大于12m”。故成品灌区厂房范围1～1/7轴线 ，选用两联跨单坡门式刚架，采用插入式柱脚与独立基础；糖化区厂房范围1～24轴线，适用于《钢结构设计规范》，选用单坡门式刚架，与附近淀粉糖主厂房柱铰接，采用插入式柱脚与独立基础。糖化区厂房东西山墙处设置抗风柱，插入式柱脚，与钢梁采用螺栓椭圆孔连接。厂房选用Q345B，强度高，节省投资。

2荷载取值

2.1恒荷载

压型钢板及配件、保温层 0.15kN/ m2

屋面檩条、支撑 0.15kN/ m2

合计 0.30kN/m2

天窗自重： 无天窗

2.2 活荷载

不上人屋面 0.30kN/m2

依据《钢结构设计规范》3.2.1条，当仅有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60 m2 ，屋面竖向均布活荷载标准值取为0.30kN/m2。但《钢结构设计规范》条文说明3.2.1中指出：当有两个及以上可变荷载考虑荷载组合值系数参与组合时（如有积灰荷载），屋面活荷载标准值仍应取为0.5 kN/m2。

2.3雪荷载

（1）基本雪压。根据《建筑结构荷载规范》7.1.2条：基本雪压应采用按本规范规定的方法确定的50年重现期的雪压，对雪荷载敏感的结构，应采用100年重现期的雪压。轻钢结构属于敏感结构，故基本雪压取值采用So=0.55kN/m2 ，u=1，S=u×So=0.55kN/ m2，n=100年 雪载准永久值系数分区是Ⅲ区。（2）雪堆积。女儿墙和高低跨高差变化处常发生雪堆积，因厂房女儿墙较矮，故仅考虑高低跨处雪堆积作用。表7.2.1中第八项，积雪长度为2倍高差，经计算大于8m，故积雪长度最大值取8m，屋面积雪均匀分布系数取最大值为u=2，经计算S=u*So=2×0.55=1.1 kN/m2。

3结构计算

淀粉糖车间厂房轴线为A～F高低跨剖面图如图，分别取糖化区与成品灌区一榀刚架计算为例，利用中国建筑科学研究院PKPM（2011年4月版）系列软件STS模块进行辅助设计。

3.1糖化区刚架

（1）设计参数。糖化区刚架跨度19.5m，长度128m，柱距5.5m，6m，7m；檐口标高20.640m，屋面坡度1/15，刚架简化为平面形式，按照二维方法计算，刚架梁竖向挠度与跨度比限值：无悬挂起重机， =l/250、 =l/300。 （2）计算结果。最大柱距（7+6）/2=6.5m，恒载刚架线性分布值0.3x6.5=1.95 kN/m。雪荷载大于活荷载，以雪荷载取值为准，考虑雪荷载堆积，雪荷载刚架线性分布值分两部分（如下图），①0.55x6.5=3.5 kN/m，②2x0.55x6.5=7kN/m。风荷载按照《荷载规范》要求采用，地震作用不考虑。

经计算，刚架柱选用焊接H型钢H400x250x8x12，刚架梁选用焊接H型钢H650x220x8x12， 考虑腹板屈曲后强度利用，梁柱各项指标满足规范要求。以雪荷载计算简图为例，其余荷载简图略。

雪荷载计算简图（kN/m）

3.2成品灌区刚架

（1）设计参数。成品灌区刚架两联跨跨度6m、7.5m，长度38m，柱距6.5m，6m；檐口标高8.20m，屋面坡度1/15，刚架简化为平面形式，按照二维方法计算，刚架梁竖向挠度与跨度比限值：无悬挂起重机， =l/180。（2）计算结果。最大柱距6.5m，恒载刚架线性分布值0.3x6.5=1.95 kN/m。雪荷载大于活荷载，以雪荷载取值为准，考虑雪荷载堆积，雪荷载刚架线性分布值分为两部分（如下图），①0.55x6.5=3.5 kN/m，②2x0.55x6.5=7kN/m。风荷载按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》要求采用，地震作用不考虑。

经计算，刚架柱选用H型钢H250x150x6x8，刚架梁选用H型钢H200x200x6x8， 考虑腹板屈曲后强度利用，梁柱各项指标满足规范要求。以雪荷载计算简图为例，其余荷载简图略。

雪荷载计算简图（kN/m）

考虑屋面坡度，经济，制造和安装方便，檩条和墙梁采用冷弯薄壁卷边C型钢，Q235钢，并考虑雪荷载堆积作用计算。

4 构造措施

适当增大屋面坡度，有利于排雪。高低跨厂房低跨处和女儿墙处加密檩条或增大檩条规格。女儿墙取消或者设计的尽可能低。屋面梁平面外计算长度按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》6.1.6条规定取值，控制平面外应力比小于1，在屋面梁下翼缘受压区域檩条设置隅撑，与计算的假定相符合。

5结语

本文对于大雪载地区的同类厂房的设计分析具有参考和借鉴意义，只要合理运用规范，加强概念设计，认真结构计算，针对结构特点和大雪载工况增加构造措施，就可以适应极端环境，满足工艺与结构的要求。

参考文献

[1] 《钢结构设计手册》编辑委员会编.钢结构设计手册.北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2] 国家行业标准.钢结构设计规范（GB50017-2003）.北京：中国计划出版社，2003.

作者简介：齐彬（1985—），男，河北秦皇岛人，助理工程师，中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院。