单层门式刚架轻型房屋钢结构设计探讨.pdf

问题 研 究 乜苣电6魂乜雷电 第3 1 卷2 0 1 3 年第3 期 总第 1 6 5 期 e 曾函 8 ％也曾8雷8曾8s e60雪 8 e营8分8雷85 、 她 也G8蓝挑 0 s 单层 门式刚架轻型房屋钢结构设计探讨 王辉曹素清代丽 鞍钢集团工程技术有限公 司鞍 山1 1 4 0 2 1 【 摘要】 阐述了单层 门式刚架轻型房屋的钢结构和轻型围护门式刚架普通钢结构设计 中需要重视的问 题， 并提 出了相应的解决方法。 【 关键词】 单层t 3 式刚架轻型房屋钢结构轻型围护 Di s c u s s i o n o n De s i g n o f S i n g l e - s t o r y S t e e l S t r u c t u r e o f Li g h t we i g h t Bu i l d i n g s wi t h Ga b l e d Fr a me s WA N G H u i ， C A O S u Q i n g ， D A I L i A n s t e e l E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， A n s h a n 1 1 4 0 2 1 【 A b s t r a c t 】 E l a b o r a t e t h e p r o b l e m s n e c e s s a r y f o r a t t e n t io n in t h e d e s i g n o f s i n g l e s t o ry s t e e l s t r u c t u r e o f l i g h t w e i g h t b u i l d i n g s wi t h g a b l e d f r a me s a n d p o r t a l f r a me o r d i n a ry s t e e l s t ruc t u r e w i t h l i g h t we i g h t e n c l o s u r e ， a n d p u t f o r w a r d t h e c o r r e s p o n d i n g s o l u t i o n ． 【 K e y w o r d s 】 S i n g l e s t o r y s t e e l s t ruc t u r e o f l i g h t w e i g h t b u i l d i n g s w i t h g a b l e d f r a m e s ， s t e e l s t ruc t u r e ， l i g h t we i g h t e n c l o s u r e 1 前言 近些年来 ， 门式刚架轻型钢结构建筑因其具 有质量轻、 柱网布置灵活、 工业化程度高、 施工周 期短和综合经济效益高的特点 ， 在工业建筑中得 到广泛应用， 但在鞍钢内部工程设计中轻型钢结 构的设计仍然受到重型钢结构厂房设计思路的束 缚。本文从现有的设计经验出发 ， 阐述了单层门 式 刚架轻 型钢 结构设 计 中遇 到 的问题与解 决方 法 ， 意在总结经验 ， 并与同行探讨 。 2 设计中需要重视的问题 2 ． 1 抗震设计 建筑抗震设计规范 GB 5 0 0 1 1 2 0 l 0 的9 ． 2 中列入 了单层钢结 构厂房 ， 在条 文说 明中指 出 “ 单层钢结构厂房在地震中破坏较轻， 但也有损坏 或坍塌的。因此， 单层钢结构厂房进行抗震设防 是必要的。本次修订仍不包括轻型钢结构厂房。 ” 也就是说 ， 新抗规对轻型钢结构厂房的抗震未作 规定 。关 于是否需 要进行抗震设计 ， 笔者认为 以 下几点可供参考 1 G B 5 0 0 1 l 一2 O l 0 将 7度 O ． 1 5 g 及 以上列为 强震 。为 了和新标 准协调 ， 7度 0 ． 1 5 g 及 以上还是 要进行抗震设计的。 2 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 C E C S 1 0 2 2 0 0 2 以下简称 规程 的主要编制 人 曾对厂房钢结构的抗 震提出如下意见 厂房钢 结构的特点是 ， 有 的受地震控制有 的不受地震控 制， 当不受地震控制时， 可不考虑抗震。此建议对 门式刚架是适用的。 3 有吊车时 ， 应考虑抗震要求。 4 对于大跨度结构 ， 应考虑抗震要求。 2 ． 2 厂房纵 向结构形式 通 常厂房纵 向在端部和 中部设置柱 间支撑 ， 但如因特殊需要或工艺布置， 特别是多跨厂房， 厂 房纵 向无 法设 置柱 间支撑 时 ， 可将厂房纵 向设计 成框架形 式。但是 ， 需要特别注意 的是刚架柱的 平面外长细比不得超过 规程 中规定的 1 8 0 的限 制 。因为从 r程设计 的实践经验 出发 ， 对于柱脚 铰接 的门式 冈 Ij 架在厂房纵 向设计成框架形式时 ， 边榀刚架柱的平面外长细比要远远大于中间榀刚 槊柱的平面外长细 比， 容易出现超限的情况 ， 不可 忽视。 2 3刚架节点域 近些年， 随着门式刚架轻型钢结构的广泛应 一 3 5 第3 l 卷2 0 1 3 年第3 期 总第1 6 5 期 邑曾 8 戥 批e 乜雷鲁 8营 譬鱼 玛 啦 8 鲁 、 g 每 用 ， 相应 的研究也进行得越来越深人 和广泛 ， 已有 研究提出， 节点域斜加劲肋十分必要 ， 建议作为必 要的构造措施来对待， 而不是按 规程 规定的“ 不 满足剪切强度要求时设置” 。同时， 陈绍蕃老师提 出按 规程 设计的轻型门式刚架达不到刚节点的 设计要求。 规程 C E C S 1 0 2 2 0 0 2 的节点域采用 了类似高钢规程中的强度计算公式 ， 而门式刚架 柱的腹板一般较薄， 节点域因而也很薄。高钢规 程中对节点域承载能力不足时要求补强， 而 规 程} C E C S 1 0 2 2 0 0 2 却没有要求补强， 只提出不足 时设置斜加劲肋 。由此 ， 导致按理想 刚架进行 内 力计算而实际结构又达不到理想刚架要求 ， 确实 不妥 ， 有可能引发安全 问题。为了消除这种不合 理的情况 ， 节点域也要适 当加厚 。 2 ． 4 优先采用铰接 刚架柱柱脚 刚架 柱 柱脚 的连接 方式 有 两种 铰接 与 刚 接。一般情况宜用铰接。柱脚铰接 的好处一是柱 脚处只有剪力和轴力， 无弯矩， 其基础受力比较简 单 ， 接近轴心受压状态 ， 基础地 面积较小 ； 二是柱 脚可设计为只设一对或两对地脚螺栓的平板支 座， 既节省材料又方便施工。而当工业厂房设有 吊车时， 柱脚选用刚接； 或当厂房工艺要求较高 时， 柱脚也要做成刚接， 能够减小厂房顶点侧移。 但有时设计人员却将原本可以按照铰接设计的柱 脚习惯性的设计为刚接， 因基础底面处轴力很小 弯矩很大， 成为大偏心受压状态， 使基础地面积不 得不做得很大， 造成不必要的浪费。因此 ， 当条件 允许时 ， 钢架柱柱脚应优先采用铰接柱脚。 2 ． 5 檩条和墙梁 檩条和墙梁的常用形式为c 型或z 型， c 型最 为多用。墙梁的端部连接用简支形式 ， 为了减小 墙梁在竖 向荷载作用下 的计算跨度 ， 提高墙梁 的 稳定性 ， 常在檩条和墙梁上设置拉条， 利用斜拉条 将拉力传给刚架梁和柱。而设置拉条也有它的弊 端 ， 一方面钉孔削弱了截面强度 ， 计算 时容易忽略 此影 响 ； 另一方面 ， 施工繁琐 ， 增 加施 工工序 。笔 一 3 6一 问题研究 者结合近些年 的工程设计经验 ， 逐步引入矩形空 心型钢作为檩 条和墙 梁 ， 这种截面形式在 多数 情况 下平面外稳定 能够满 足要求而无需 设置 拉 条， 因没有钉孔 ， 对截面强度无削弱 ， 强度计算不 受影响。而不设置拉条也免了去增加工序 、 施T 繁琐的困扰。 3 引入轻型钢结构设计思路 现行 规程 对结构的跨度、 柱距、 高度和吊车 吨位有一定的要求 跨度宜为 9 ～ 3 6 m， 柱距宜为6 ～ 9 m， 柱高 4 ． 5 ～ 1 2 m； 设置桥式吊车时 ， 宜为起重量不 大于 2 0 t 的中、 轻级工作制 Al ～ A 5 的吊车； 设置悬 挂吊车时 ， 其起重量不宜大于 3 t 。当不满足该限制 条件时 ， 不能按现行 规程 进行设计 ， 必须按照 钢结构设计规范 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 进行设计 。 笔者结合近些年的工程设计经验， 在普通钢结构 设计中引入轻型钢结构设计思路， 建议采用轻型 围护门式刚架普通钢结构。其主要设计内容有 1 主承重结构采用门式刚架 包括格构式截 面 。 2 围护结构采用冷弯薄壁型钢和压型钢板。 3 门式刚架 、 吊车梁截面和支撑等承重结构 按 钢结构设计规范 设计 包括抗震设计 。 4 檩条 、 墙梁等按 门式刚架轻型房屋钢结 构技术规程 设计。 依据笔者参与设计的多个工程， 可知这种结 构形式可带来较好的经济效益。其抗震设计方法 分别满足普通钢结构与轻型钢结构的要求即可， 在此不再赘述 。 4 结束语 综上所述 ， 设计者必须注意在单层 门式刚架 轻 型钢结构设计 中需要重视的问题 ， 并注重在普 通钢结构设计 中引入轻型钢结构设计思路 ， 进一 步促进门式刚架轻型房屋在鞍钢的健康发展。 2 0 1 2 -1 0 - 2 3 收稿