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淺談門式剛架輕型房屋鋼結構設計

所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2010-08-21 11:45 熱度:

  [摘要]門式鋼剛架是典型的輕型鋼結構,也是目前國內應用最為廣泛的輕型鋼結構。在門式剛架輕型房屋鋼結構設計中,仍然存在著一些概念性和實際性的問題需要設計人員予以重視,以確保設計質量的提高.本文針對門式剛架輕型房屋鋼結構的特點,探討了結構計算及設計、構造措施方面一些需要注意的問題.
  [關鍵詞]主結構,支撐結構,腹板失穩,腹板屈曲后強度,腹板高厚比
  門式剛架輕型房屋的組成及技術特點
  1.1基本組成
  門式剛架輕型房屋可分為四大部分:
  主結構:剛架,吊車梁
  次結構:檁條,墻架柱,抗風柱,墻梁
  支撐結構:屋蓋支撐,柱間支撐,系桿
  維護結構:屋面(屋面板,采光板,通風器等),墻面(墻板,門,窗)
  1.2適用范圍
  門式剛架輕型房屋自重輕,用鋼省,造價低;抗震性能好,在抗震設防烈度為7度及以下地區不考慮抗震設計;可跨越較大跨度;制作簡單,施工周期短且不需要大型施工機具;形式美觀有現代感,能充分滿足使用要求。廣泛應用于具有輕型屋蓋和輕型外墻;剛架跨度不大于36米,檐口高度不大于15米;無吊車或起重量不大于20噸的A1~A5工作級別吊車的單層房屋鋼結構。
  1.3技術特點
  1.3.1允許剛架構件腹板失穩,利用腹板屈曲后強度,按有效寬度理論和拉力場理論進行受彎和受剪計算,腹板高厚比可以做的比較大,使腹板厚度顯著減薄。
  1.3.2采用壓型鋼板輕型屋面和墻面,其本身重量既輕也使支撐它的結構也輕,同時,由于屋面與檐檁,脊檁和墻面牢固連接,檁條又與剛架牢固連接,因而屋面壓型鋼板可視為起應力蒙皮作用的隔板,從而提高剛架結構的整體剛度,有效減少結構的實際位移,因此使檁條和墻梁及其隅撐可視為剛架構件受壓翼緣的側向支撐點。
  1.3.3剛架采用變截面,基本上按彎矩圖形的變化及施工方便來改變腹板高度和厚度以及翼緣尺寸,充分做到材盡其用。加之采用輕質屋面,剛架構件以及檁條可以做的很輕,因而具有很好的經濟性。
  1.3.4剛架的側向剛度用隅撐來保證,由于隅撐用料很少,其間距可以做的比較小,因而剛架構件的翼緣寬度可以做的比較小,而腹板高厚比克加大,從而進一步節省材料。
  1.3.5由于剛架構件輕,可采用平板柱腳以及考慮這種平板柱腳對剛架柱的嵌固作用,支撐也可以做的很輕便。
  1.3.6構件單元之間用端板連接,延性好;加之自重輕以及屋面蒙皮效應,對抗震有利。
  結構形式和布置
  1.結構形式
  在門式剛架輕型房屋鋼結構體系中,屋蓋宜采用壓型鋼板屋面板和冷彎薄壁型鋼檁條,主剛架可采用變截面實腹剛架,外墻宜采用壓型鋼板墻面和冷彎薄壁型鋼墻梁。住剛架斜梁下翼緣和剛架柱內翼緣出平面的穩定性,由與檁條和墻梁相連接的隅撐來保證。主剛架間的交叉支撐可采用張緊的圓鋼。
  2.1.2根據跨度,高度和荷載不同,門式剛架的梁,柱可采用變截面或等截面實腹焊接工字形單軸對稱或雙軸對稱截面或軋制H形截面。設有橋式吊車時,柱宜采用等截面構件。變截面構件通常改變腹板的高度做成楔形。結構構件在一個安裝單元內一般不改變翼緣截面,當必要時,可改變翼緣厚度;鄰接的運輸單元可采用不同的翼緣截面,兩單元相鄰截面高度宜相等。
  2.1.3門式剛架的柱腳多鉸接支承設計,通常為平板支座,設一對或兩對地腳錨栓。當用于工業廠房且有5噸以上橋式吊車時,宜將柱腳設計成剛接。對于有橋式吊車的房屋,中柱不宜采用搖擺柱。
  2.1.4門式剛架輕型房屋屋面坡度宜取1/8~1/20,在雨水較多的地區宜取較大值。
  2.結構平面布置
  2.2.1門式剛架輕型房屋結構的溫度區段長度:縱向溫度區段不大于300米;橫向溫度區段不大于150米。
  當需要設置橫向伸縮縫時,可用兩種做法:一種簡單但比較昂貴的處理辦法是在伸縮縫處采用雙剛架,剛架的間距以保證柱腳底板不相碰為依據。以雙剛架為界,結構兩邊各自具有獨立的檁條、支撐和維護板系統,其中屋面板和墻面板使用可伸縮的連接件相連。在縱向伸縮縫處需要設置防火墻的情況下,這種處理方法是必須的。
  另一種方法較為經濟,具體辦法是:在伸縮縫處只設置一榀剛架,而在伸縮縫處的檁條上,設置橢圓長孔來吸收該點的熱位移。
  2.2.2單層門式剛架的跨度,一般情況下以跨度為21~30米時比較經濟。
  2.2.3剛架的合理間距
  剛架的用鋼量一般來說隨其間距額度增大而減小,但吊車梁,檁條,墻梁的用鋼量則隨剛架間距的增大而增大。對于無橋式吊車的單層門式剛架輕型房屋,剛架間距以6~9米為宜;通常,大跨度剛架宜采用大間距,跨度與間距的比一般以3.5~5為宜。對于有10噸以上吊車或較大的懸掛荷載的單層門式剛架輕型房屋,剛架間距以6米為宜。
  主剛架構造
  3.1焊接工字形截面尺寸模數:
  截面高度以10mm為模數;截面寬度以5mm為模數;腹板厚度可取4,5,6,8mm等,6mm以后以2mm為模數。
  3.2工字形截面的高寬比(h/b):
  通常取h/b為2~5,承受橋式吊車荷載的柱子取小值。梁端與柱的連接為側接時,該處梁端可取不大于6.5。
  3.3工字形截面腹板高厚比建議取值如下:
  剛架柱:無橋式吊車時,取;有橋式吊車時,取;
  剛架斜梁:取;
  支撐的作用和布置
  一屋蓋橫向水平支撐的作用
  1.與柱間支撐一道保證水平剛架的整體穩定,保證結構的空間整體性。
  2.將山墻面抗風柱頂上的縱向風荷載傳遞到有柱間支撐的柱列上。
  3.與屋蓋維護系統所具有的蒙皮效應一道形成對屋蓋梁構件平面外的支撐作用,避免屋蓋梁側向彎扭失穩。
  4.便于屋蓋梁安裝穩定性和屋蓋梁定位。
  二柱間支撐的作用
  保證剛架的整體穩定和縱向剛度。
  承受山墻傳來的縱向風荷載,吊車的縱向水平荷載以及其他的縱向水平力。
  作為柱子的側向支撐,決定柱子平面外的計算長度。
  便于剛架安裝穩定性和剛架定位調整。
  三支撐體系的布置
  在每個溫度區段或分區建設的區段中,應分別設置能獨立構成空間穩定結構的支撐體系。
  柱間支撐宜于屋蓋橫向水平支撐布置在同一開間,以組成幾何不變體系。如不能布置在同一開間,則應加設剛性系桿傳力。各道支撐的間距,當無吊車時宜取30~45米。有吊車時,可在適當加大支撐間距的同時提高支撐的剛度,一般宜設在溫度區段中部,或當溫度區段較長時設在三分點處,且間距不宜大于60米。
  當建筑寬度大于60米時,在內柱列宜適當增加柱間支撐,當不能設置交叉支撐時,可設置縱向剛架或剛架式門式支撐。
  當有駕駛室的吊車噸位大于15噸時,應在屋蓋邊緣設置縱向水平支撐。
  當無吊車且檐口高度不大于9米時,宜僅設單層柱間支撐;當檐口高度大于9米時,可根據支撐的夾角設置雙層柱間支撐。交叉支撐與水平夾角以45度為佳,不宜大于55度。有吊車時,應以吊車梁兼做縱向系桿設置上下兩層柱間支撐,端開間可不設置下層支撐以減少吊車梁的溫度應力。
  所有橫向支撐縱向支撐均應與屋蓋梁天窗架等構件及縱向桿系組成幾何不變的桁架形式。
  5.結束語
  限于篇幅,門式剛架輕型房屋鋼構的次結構及維護結構的設計,不再一一敘述。
  門式剛架輕型房屋鋼構應用廣泛,在設計時,對結構布置,結構計算及構造措施方面的問題加以重視,認真對待,一定可以做出令人滿意的作品。.
  【參考文獻】
  【1】《結構設計規范》(GB50017-2003)
  【2】《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS102:2002)
  【3】《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》(GB50018-2002)
  【4】《輕型房屋鋼結構應用技術手冊》魏潮文弓曉蕓陳友泉編著
  
  
  

文章標題:淺談門式剛架輕型房屋鋼結構設計

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