轻型门式刚架结构具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点,所以在现代建筑行业得到较为广泛的应用。目前国内每年有上千万平方米的轻钢结构工程,轻型门式刚架结构作为一种经济合理的结构形式被广泛运用于轻工业厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等基建项目中。从经济角度分析,这种结构造价低于其他类型结构50%左右;从功能上分析,门式刚架能带来较大的空间,跨度从十几米到七十多米,较经济的跨度≤36m;从施工角度分析,门式刚架符合建筑工业化生产的要求,施工速度快,主要构件在生产线上生产,缩短了施工周期。
门式刚架结构形式多样,就其截面形式来分,有实腹式和格构式等。实腹式又分为等截面和变截面两种形式,其中等截面一般用于跨度较小的结构。等截面的优点是节省了焊接的费用,缺点是浪费了材料。大跨度门式刚架优先采用变截面梁、变截面柱,经过精心设计,截面变化曲线基本上可与刚架弯矩包络图相符,能充分利用材料强度。格构式刚架与实腹式刚架相比,格构式刚架用钢量少,但格构式刚架制作费用高,设计、施工难度大,并且焊接部位多,质量不易控制、检测费用也高,在实际工程中,较少采用(除重工业厂房外)。
(1)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
(2)《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)
(3)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
(4)《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)
主刚架H型钢的材质应采用Q235 (B级)、(Q345以上的钢材,对于其他非焊接构件可采用Q235(A级)。格构式刚架横梁截面高度宜采用跨度的1/15～1/25,实腹式刚架横梁截面高度宜采用跨度的1/30～1/45,轻型刚架选用比值的下限,在使用Q345以上的钢材时,翼缘板的宽厚比一定不能超过,根据设计经验,翼缘板的宽度一般宜选在160mm～250mm范围内,腹板的厚度≥4mm,翼缘的厚度6mm。
刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载以及檩条形式等因素有关。在刚架跨度较小的情况下,选用较大的刚架间距,会增加檩条的用钢量,这种做法是不经济、不可取的。经过大量的经济比较,随着柱距的增大,刚架用钢量比例是逐渐下降的(因为刚架的榀数减少了),但当柱距增大到一定数值后,刚架用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓,而其它如檩条、吊车梁、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加;就建筑物总用钢量而言,它是随着柱距的增大先下降而后上升的。综合各项用钢量表明,对一定条件下的轻钢房屋而言存在一最优柱距,下表1中所列为一般情况下,柱高为6m、各种跨度对应的刚架最优间距。
柱脚主要有铰接与固接两种。铰接一般用于不带吊车的厂房、仓库以及柱上端水平位移不大的刚架中;对于有吊车以及檐口高度较高、风载等其他水平荷载较大的情况下宜用固接。固接减小了一部分刚架柱头与梁端的弯矩,同时也增加了刚架的整体刚度,有效地降低了柱头的水平位移,但是也增加了基础的造价。
在梁与柱的截面大小确定后,在一定的荷载作用下,构件的计算长度对计算构件应力起着重要作用。梁与柱的平面内计算长度我们不能直接写出,我们必须计算梁与柱相对刚度比,考虑柱端的水平位移等诸多因素来确定,其计算长度在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)中,以图表形式给出了计算长度系数。笔者在计算时发现,平面外计算长度对刚架梁柱的计算起着很重要的作用。相同的构件,往往由于平面外计算长度选取不一样而使得平面外稳定应力相差很大,为了尽可能节约造价,应设计减小构件计算长度的构造措施,通常有设置水平撑杆和隅撑等相关措施。如果刚架柱的几何长度较长,可以沿高度方向设置2道竖向支撑,中间再用刚性系杆连接,这样就能将刚架柱平面外计算长度减少。由于门式刚架的弯矩特点,使得梁端下翼缘、柱端内侧翼缘处于受压状态,而且应力一般在0.8f左右,通常翼缘板又不会太厚,容易发生平面外整体失稳,因此,在上述部位应增设隅撑,一端连接在梁下翼缘、柱内翼缘,另一端固定在檩条上,这样可对梁与柱的受压翼缘起到一定的约束作用,保证了门式刚架的整体稳定;其另外一个重要作用是显著的减小梁、柱的平面外计算长度。
门式刚架檩条设计,不仅要满足强度要求,更重要的是满足挠度要求,因为檩条如果挠度过大,不仅影响外观,而且会引起屋面不平整,甚至积水。一般檩条形式有格构式与C型、Z型檩条,格构式檩条一般外观不整,施工难度大,采用率不高(柱距较大时采用)。檩条之间应设置一些拉杆与撑杆,一方面可增强屋面的整体刚度,另一方面也减小了檩条的平面外计算长度。当檩条跨度>4m时,宜在檩条间跨中位置设置拉条或撑杆;当檩条跨度>6m时,应在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑杆。规范规定斜拉条应与刚性檩条连接,对于这一点,设计檩条时必须执行,这样将造成檩条截面较大,甚至采用型钢、双C檩条,这时为节约工程造价,可通过计算,将刚性檩条设计成兼作刚架柱顶的刚性系杆,从而达到节约造价的目的。
(1)连接端板可以近似地按固端梁计算,端板的厚度可大致按以下确定:当采用高强螺栓连接时t=1.0d (式中d为螺栓直径),当采用普通螺栓连接时t=0.8d,且不小于16mm,连接处柱翼缘部分应与斜梁端板厚度相同。端板与横梁的焊接要求等强,常采用角焊缝连接,角焊缝的焊角尺寸Hf分别为0.7倍的翼缘厚度和腹板厚度。
(2)柱顶腹板常设置加劲肋板,以提高角隅处板域的抗剪强度,同时由于柱翼缘板的厚度一般小于横梁端板的厚度,为防止柱翼缘板在受拉螺拴的作用下产生挠曲变形,在柱翼缘受拉螺栓附近也应设置加劲肋板。
钢结构虽然作为一种高强轻质的结构,但耐火与抗腐蚀性能比混凝土要差,在构件安装前必须进行除锈与涂装。钢结构的防腐关键在于除锈,只有彻底除锈才能消除隐患,宜用喷射和抛射除锈,除锈等级为,表面处理后到涂底漆的时间间隔不应超过6h,在此期间其表面应保持洁净,严禁沾火和油污等。防火涂料的种类和喷涂遍数、厚度与钢构件的耐火极限有关,钢构中的耐火极限可根据门式刚架轻型房屋的使用要求来确定,防火涂料应符合CECS24-90的要求。
在门式刚架轻型结构设计时,钢结构的节点、构件的整体稳定是确保门式刚架安全的关键;应通过学习和理解规范的条文内容,在设计中吸取前辈优秀的设计,总结设计经验,合理的选取柱距,合理的设计构造措施,可获得较好的经济效益。
摘要：随着压型钢板和H型钢的引进和在我国的发展，轻型门式刚架房屋结构也得到迅速的发展。本文针对轻型门式刚架结构设计(设计中采用合理的柱距、合理的构造措施，能有效达到降低工程总造价的目的)进行论述。
关键词：刚架设计,柱脚结构,梁柱,檩条设计
[1] 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)北京：中国建筑工业出版社，2001.
[2] 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)北京：中国建筑工业出版社，2002.
[3] 《钢结构设计规范》(GB50017-2003)北京：中国计划出版社，2003.
[4] 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102：2002)北京：中国计划出版社，2003.
[5] 《钢结构设计手册》(上册)北京：中国建筑工业出版社，2004.
[6] 《钢结构设计与计算》包头钢铁设计研究院，中国机械工业出版社，2006.
[7] 《轻型钢结构设计指南(实例与图集)》本书编辑委员会，中国建筑工业出版社，200.
推荐阅读：
针对社区老年人跌倒的护理06-23
针对性的影响对求职简历07-25
浅谈网站的针对性推广09-13
针对信用评价06-05
同桌100学习网针对性的教育网站06-20
针对四个意识党员个人检查材料06-05
