浅谈冶金工业厂房轻屋面的设计

王永贞

摘要：本文叙述了冶金工业厂房轻屋面的设计中所需注重的环节，着重介绍了组成轻屋面的主要部分构件的设计，以及轻屋面支撑的布置。

关键词：屋架形式;水平力;支撑系统

前 言

随着冶金工业厂房逐步发展到采用压型钢板作为屋面的材料，这样大大减轻了屋面自重，同时也有利柱子和基础的设计，由于屋面材料是轻质的，对上弦的稳定及整个屋面体系的稳定只能起一部分作用。因此，轻屋面的上弦水平支撑布置很重要，要能保证上弦的稳定及屋面体系的空间工作，整体刚度和稳定性，还要能承受风荷载和吊车水平力。

一、屋架的设计

1.屋架的形式和尺寸

屋架形式的选择主要取决于以下三点：1）厂房跨度（根据工艺，设备需要来决定）;2）屋面坡度（根据采用的屋面材料来定）;3）与柱子连接是刚接还是绞接。

一般来讲，屋架与混凝土柱或砖柱连接应采用绞接，屋架与钢柱（冶金工业厂房柱的形成大多为钢柱）连接，对单跨厂方来说，为了使厂房有较大的横向刚度，通常采用刚接。但对多跨厂房则不同，由于多跨的形成对厂房的横向刚度也有作用，通常采用绞接或者部分连接绞接，部分连接为刚接。有的屋架即适合用绞接又适合用于刚接，而有的屋架只适用于绞接。

所以根据厂房跨度，屋面坡度，与柱子连接形式以及某些特殊情况来决定采用三角形、梯形、双坡或单坡平行弦屋架，实腹焊接工字钢梁等不同形式的屋架。

一般来讲，屋架形式较宜采用空腹为好，只有在特殊情况下才考虑采用实腹钢梁，因为实腹屋面梁的运输比较困难，在运输过程中比较容易变形，尤其在外地加工的实腹钢梁更加不方便。

2.屋架的尺寸

屋架高度可根据屋架的形式，与柱子连接的形式（是刚接还是绞接）来定的。

屋架上弦节间的划分以及屋面梁主加劲肋的放置应适应屋面材料的尺寸，使屋面荷载直接作用在节点上或主加劲肋上。对空腹屋架来讲，如果遇到特殊情况，屋面荷载不能作用在节点上，那么屋架的上弦杆不再是轴心受力构件，而变成受弯构件这时就要布置再分式腹杆。

3. 屋架内力计算中应注意的问题

3.1水平力对屋架下弦的影响

冶金工业厂房里的吊车起重量都比较大，因此在计算屋架时应考虑柱顶水平力对屋架下弦的影响，或会引起屋架下弦内力变号，或会使屋架下弦拉力增加。

3.2上弦水平支撑对屋架上弦的影响

轻屋面屋架的上弦稳定是很重要的，必须由水平支撑来保证，这样水平支撑与屋架上弦组成了一个水平桁架，要承受屋面及天窗架的风荷载，在这种风荷载的情况下，会使屋架上弦内力增加，从我以往工程实例中，在屋面支撑计算中看出，在这种情况下，使屋架上弦内力增加了15%左右。

三、轻屋面的支撑的设计

1.屋面支撑的重要性

轻屋面的支撑体系是很重要，它既要保证上弦及整个屋面系统的整体性刚度和稳定性，又要保证承受和传递水平力，既要避免屋架的压杆侧向失稳，又要防止拉杆产生过大的振动。

2.支撑系统的布置

2.1屋架上弦支撑的布置

在设置纵向水平支撑的平面内，必须同时设置横向水平支撑并且在每隔不大于60M的范围内将二者布置为封闭型的，在设有横向支撑处同时设置垂直支撑，以组成空间稳定体系。同时纵、横向支撑以檩条，屋架共同组成平面桁架来承受和传递水平力。

2.2屋架下弦支撑的布置

屋面的下弦平面外稳定可以由横向水平支撑及系杆和垂直支撑来保证，下弦横向水平支撑的设置应对准上弦横向支撑位置，加强空间体系的稳定。或者可以用隅撑和垂直支撑来保证下弦平面外的稳定。

2.3动力设备

厂房里的重级吊车，或者振动较大的设备，或者悬挂于屋架上弦和下弦的检修吊车都属于动荷载，为了防止屋架上、下弦产生过大的振动。应根据不同的具体情况来布置上、下弦支撑及垂直支撑。

3.轻屋面檩条的设计

輕屋面也称有檩屋盖，所以檩条一般是用于轻屋面的，檩条的形式有实腹、桁架式等，檩条的形式可根据檩条跨度和檩条间距并通过计算来选用。檩条跨度取决于屋架间距，檩距取决于屋面材料和屋面荷载。檩条应放置在屋架节点上。檩条之间要设置拉条，一方面是为了减少平面外计算长度，另一方面在屋面坡度〉1/10时，为了防止檩条的侧向变形、扭转和倾覆设置的。

四、结束语

随着压型钢板不断研制和开发而发展。新材料的出现，通过对工程实践经验的总结，吸取成功的经验，发展新认识，不断完善对轻屋面的设计。

参考文献：

[1]钢结构设计手册编辑委员会编著：钢结构设计手册.北京：中国工业出版社，2003.

[2] GB20017-2003.钢结构设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] GB50011-2010.建筑抗震设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4]CECS102：2002.门式钢架轻钢屋面钢结构技术规程（2012年版）. 北京：中国计划出版社，2012.

[5] YBJ 9081-1997.冶金建筑抗震设计规范. 北京： 冶金工业出版社，1998.