門式剛架輕型房屋鋼結構廠房設計

文/樊興 中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司 湖南長沙 410011

【摘要】近年來隨著經濟水平的快速發(fā)展，各生產企業(yè)規(guī)模不斷擴大，大量的門式剛架輕型房屋鋼結構廠房開工建設。文章基于作者參與的多項工程設計，就門式剛架輕型房屋鋼結構廠房結構布置，結構設計，構造措施等方面進行分析。

【關鍵詞】門式剛架；輕型房屋；廠房設計

高新技術開發(fā)區(qū)、經濟技術開發(fā)區(qū)等園區(qū)的大量新建，為企業(yè)的發(fā)展提供了良好的機遇，門式剛架輕型房屋鋼結構廠房以其受力簡單、傳力路徑清晰、構件制作快捷、便于工廠化生產、施工周期短、施工污染環(huán)境少及可回收利用等特點，被各企業(yè)廣泛采用。

1、 結構形式和布置

1.1 結構形式

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Z型冷彎薄壁型鋼檁條，主剛架可采用變截面實腹剛架，外墻宜采用壓型鋼板墻面板和Z型冷彎薄壁型鋼墻梁，門柱、窗柱宜采用C型冷彎薄壁型鋼墻梁。主剛架斜梁下翼緣和剛架柱內翼緣平面外的穩(wěn)定性，應由隅撐保證。主剛架間的交叉支撐可采用張緊的圓鋼、鋼索或型鋼等。門式剛架可分為單跨、雙跨、多跨及帶挑檐或帶毗屋的剛架等形式。結合企業(yè)的生產要求及廠區(qū)的規(guī)劃面積等因素，雙跨或多跨剛架的形式被較多采用。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截面或軋制H型鋼。設有橋式吊車（起重量不大于20t，工作級別為A1～A5）時，柱宜采用等截面構件。未設置橋式吊車時，柱可采用變截面。變截面構件宜做成改變腹板高度的楔形，必要時也可改變腹板厚度。結構構件在制作單元內不宜改變翼緣截面，當必要時，僅可改變翼緣厚度；鄰接的制作單元可采用不同的翼緣截面，兩單元相鄰截面高度宜相等。無吊車時柱腳宜按鉸接支承設計，當用于工業(yè)廠房且有5t以上橋式吊車時，宜將柱腳設計成剛接。

1.2 結構布置

門式剛架的跨度，取橫向剛架柱軸線間的距離；建筑高度，取室外地面至柱軸線與斜梁軸線交點的高度；檐口高度，取室外地面至房屋外側檁條上緣的高度。門式剛架的單跨跨度宜為12m～48m。對生產無特殊要求時，跨度一般不大于24m。屋面坡度宜取1／8～1／20，在雨水較多的地區(qū)可取其中的較大值?？v向溫度區(qū)段不宜大于300m，橫向溫度區(qū)段不宜大于150m。需要設置伸縮縫時，在搭接檁條的螺栓連接處或吊車梁與柱的連接處可采用長圓孔，對基礎聯(lián)系梁可設置后澆帶，待主體完工后澆筑。山墻可設置由斜梁、抗風柱、墻梁及其支撐組成的山墻墻架，或采用門式剛架。

2、 荷載取值和材料選用

2.1 荷載取值

屋面恒載：0.476mm厚彩鋼板、保溫棉等取0.08KN/ m2 ； 檁條取0.05KN/ m2 ；支撐取0.02KN/ m2；鋼屋架自重由程序自動計算。屋面活荷載：根據建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2012）不上人屋面活荷載為0.5KN/ m2 ，鑒于08年南方部分地區(qū)遭遇罕見雨雪冰凍災害，造成大面積輕型鋼結構廠房倒塌及有關規(guī)范要求，屋面活荷載取0.7KN/ m2 。

2.2 材料選用

主鋼構(剛架柱和剛架梁) 及其節(jié)點板、加勁板、連接板、檁托板采用Q345A鋼；次鋼構（屋面檁條和墻梁）及其節(jié)點板、加勁板采用Q235B鋼；所有型鋼構件(圓管、方管、角鋼、圓鋼等)及其節(jié)點板、加勁板采Q235B鋼。

3、 結構計算

門式剛架采用中國建筑科學研究院建筑工程軟件研究所開發(fā)軟件PKPM2010版STS，按彈性分析方法進行計算。

3.1 構件壁厚和板件寬厚比

用于檁條和墻梁的冷彎薄壁型鋼．壁厚不宜小于1.5mm，剛架間距7.5m時可采用Z型檁條XZ220X75X20X2.0，檁條間距宜為1.5m。用于焊接主剛架構件腹板和翼緣板的鋼板，厚度不宜小于4mm，根據柱跨以2mm為模數計算確定。建筑高度為12m,剛架柱跨為24m，帶10噸橋式吊車，剛架間距為7.5m的門式剛架，剛架柱可采用工字形截面H750X300X10X12，剛架梁可采用楔形截面H(750～550) X300X8X12按兩等分。工字形截面構件受壓翼緣板自由外伸寬度b與其厚度t之比，不應大于15 ；工字形截面梁、柱構件腹板的計算高度hw與其厚度tw之比，不應大于250。

3.2 構件長細比

受壓構件的長細比限值，主要構件[λ]=180，其他構件及支撐[λ]=220。受拉構件的長細比限值，桁架桿件[λ]=350，吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐[λ]=300，除張緊的圓鋼或鋼索支撐除外的其他支撐[λ]=400。

3.3 構件連接

主剛架梁柱鋼構件采用性能等級為10.9級摩擦型高強螺栓連接，螺栓與其連接接觸面采用噴砂后表面生赤銹處理方式,禁止上漆,性能標準按鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接副（GB/T 3632-2008 ）執(zhí)行?？癸L柱下端與基礎的連接可按鉸接或剛接，在屋面材料能夠適應較大變形，抗風柱跨度較大時，抗風柱柱頂與剛架梁可采用固定連接。剛架的柱腳宜按鉸接支承設計。當用于工業(yè)廠房且有5t以上橋式吊車時，應將柱腳設計成剛接 。

4、 構造要求

4.1 支撐

每個溫度區(qū)段、結構單元或分期建設的區(qū)段、結構單元應設置獨立的支撐系統(tǒng)，柱間支撐與屋蓋橫向支撐宜設置在同一開間與剛架結構共同組成獨立的空間穩(wěn)定體系。柱間支撐可采用圓鋼交叉支撐、型鋼交叉支撐、方管或圓管人字支撐。當有吊車時，吊車牛腿以下交叉支撐應選用型鋼交叉支撐。當房屋高度大于柱間距2倍時，柱間支撐宜分層設置。柱間支撐的設置應根據房屋縱向柱距、受力情況和溫度區(qū)段等條件確定。當無吊車時，柱間支撐間距宜取30m～45m，端部柱間支撐宜設置在房屋端部第一或第二開間。當有吊車時，吊車牛腿下部支撐宜設置在溫度區(qū)段中部，當溫度區(qū)段較長時，宜設置在三分點內，且支撐間距不應大于50m。牛腿上部支撐設置原則與無吊車時的柱間支撐設置相同。屋面端部橫向支撐應布置在房屋端部和溫度區(qū)段第一或第二開間，當布置在第二開間時應在房屋端部第一開間抗風柱頂部對應位置布置剛性系桿。屋面支撐形式可選用圓鋼或鋼索交叉支撐。

4.2 隅撐

實腹式門式剛架的梁、柱翼緣受壓時，應在受壓翼緣側布置隅撐與檁條或墻梁相連接。在檐口或中柱的兩側三個檁距范圍內，每道檁條處屋面梁均應布置雙側隅撐；邊柱的檐口墻檁處均應雙側設置隅撐。

4.3 檁條與墻梁

檁條宜采用實腹式構件，跨度大于9m的簡支檁條宜采用桁架式構件。實腹式檁條宜采用直卷邊槽形或斜卷邊Z形冷彎薄壁型鋼，斜卷邊角度宜為60°。屋面檁條與剛架斜梁宜采用普通螺栓連接，檁條每端應設兩個螺栓。連續(xù)檁條的搭接長度不宜小于10%的檁條跨度。實腹式檁條跨度不宜大于12m，當檁條跨度大于4m時，宜在檁條間跨中位置設置拉條或撐桿；當檁條跨度大于6m時，宜在檁條跨度三分點處各設一道拉條或撐桿。當檁條跨度大于9m時，宜在檁條跨度四分點處各設一道拉條或撐桿。斜拉條和剛性撐桿組成的桁架結構體系應分別設在檐口和屋脊處，當構造能保證屋脊處拉條互相拉結平衡，在屋脊處可不設斜拉條和剛性撐桿。輕型墻體結構的墻梁宜采用卷邊槽形或卷邊Z形的冷彎薄壁型鋼，兼做窗框的墻梁和門框等構件宜采用卷邊槽形冷彎薄壁型，當墻梁跨度為4m～6m時，宜在跨中設一道拉條；當墻梁跨度大于6m時，宜在跨間三分點處各設一道拉條。在最上層墻梁處宜設斜拉條將拉力傳至承重柱或墻架柱，當墻板的豎向荷載有可靠途徑直接傳至地面或托梁時，可不設傳遞豎向荷載的拉條。

結語：

門式剛架輕型房屋鋼結構廠房的運用，實現(xiàn)了加工制作的工業(yè)化，減少了工程建設時間。為生產企業(yè)創(chuàng)造了良好的經濟效益。但應注意的是：在鋼構件安裝前，應對房屋的定位軸線，基礎軸線和標高，地腳螺栓位置進行檢查，并進行基礎復測和與基礎施工方辦理交接驗收手續(xù)。對構件外形尺寸，螺栓孔位置及直徑、連接件位置、焊縫、摩擦面處理、防腐涂層等進行詳細檢查，對構件的變形、缺陷，應在地面進行矯正、修復，合格后方可安裝，在安裝過程中，應根據施工現(xiàn)場情況，采取措施及時安裝支撐，必要時錨設纜風繩充分固定，以保證結構整體穩(wěn)固性；在施工過程中必須與其他專業(yè)的圖紙密切配合；安裝完成后,應詳細檢查運輸、安裝過程中涂層的擦傷,并補刷油漆，對所有的連接螺栓應逐一檢查,以防漏擰或松動。以保證工程質量。

參考文獻：

[1]建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2012）北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[3]門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范（GB51022-2015）北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.