門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計問題分析

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摘要：門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點就是成本低、施工時間短，目前門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛地應用在工業(yè)、商業(yè)設施中。門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在發(fā)展的過程中還有很多問題有待解決。文章通過分析選材、整體變形、柱間支撐等內(nèi)容深入研究門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計中可能出現(xiàn)的問題，從中提出一些可行性建議，為以后的設計提供幫助。

關(guān)鍵詞：門式剛架；輕鋼結(jié)構(gòu)；設計

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)是近幾年新出現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式，主要以等截面、變截面的焊接H型鋼為主，在現(xiàn)場用螺栓或焊接、拼接的門式剛架作為主要承重結(jié)構(gòu)，在加入一些門窗、零件等物件形成一套完整的建筑體系。門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)用戶的實際要求在現(xiàn)場進行拼裝，不僅如此還能在工廠里面批量生產(chǎn)。

1屋面結(jié)構(gòu)荷載設計

屋面恒載就是指屋面材料自身的重量，屋面恒載主要包括支撐系統(tǒng)和屋面板等。自重主要為0.02kN/m2，不同的屋面板和屋面構(gòu)造的材料自重差別比較大。在《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》文件中提到屋面活荷的活荷載取值為0.5kN/m2，當屋面受力構(gòu)件的受荷面積大于60m2的時候正好符合要求。現(xiàn)在我國在設計的時候并沒有規(guī)定設計的規(guī)范，所以不建議在屋面活荷載取值中挖掘潛力。

2屋面吊掛荷載設計

屋面吊掛荷載設計就是指吊掛在屋面鋼梁和鋼柱的燈具等內(nèi)容。其中大型電纜橋架和工藝管道里面都應該吊掛在屋面鋼梁上。行車直接吊掛在屋面鋼梁下。燈具吊掛的荷載一般都會在0.05kN/m2，行車和工藝管道需要根據(jù)實際取值進行。

3屋面均布荷載導荷設計

現(xiàn)在很多設計師在設計的時候都會忽略一個問題就是屋面剛架的局部荷載導荷問題，認為第一開間的屋架的受荷面積會和屋面中間的受荷面積一樣。但是實際上并不是這樣的。當屋面使用簡支檁條的時候?qū)Ш煞绞奖容^正確，但是當連續(xù)檁條進行的時候?qū)Ш煞绞骄褪清e誤的。

4門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計中對材料的選擇

4.1門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計中對鋼材材料的選擇

在選擇材料的時候可以有以下幾種情況：當計算所需要的梁柱截面受強度控制時要選擇高強度的鋼材；當計算所需要的梁柱截面受變形控制、穩(wěn)定控制時要選擇低強度的鋼材。在選擇材料的時候還需要嚴格遵守《規(guī)程》規(guī)定進行選擇，對于門式鋼架、墻梁等構(gòu)件要使用Q235-B以上等級的鋼材料，Q235-B以上等級的鋼材料在使用的時候不會受到低溫環(huán)境的影響。

4.2門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計中對焊接材料的選擇

在選擇焊接材料的時候不需要選擇出具體的牌號，只需要根據(jù)母材的類型選擇相匹配的等級焊條。如果是要直接承受動力載荷的焊條在選擇材料的時候要選擇低氫型的焊條來進行設計。

4.3門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計中對螺栓材料的選擇

在選擇鋼結(jié)構(gòu)主材的時候要選擇高強度的螺栓。選擇的時候還需要注意螺栓的性能和摩擦系數(shù)。

4.4門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計中對鋼架截面的選擇

在滿足鋼架截面的時候要先考慮強度、撓度等因素，之后再滿足局部穩(wěn)定的要求。在選擇鋼架截面的時候不能因為減少用鋼量而改變截面構(gòu)件的截面高度，在選擇的時候可以參考《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》等文件內(nèi)容。

5門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計中的相關(guān)問題

5.1中柱間支撐的布置

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計進行的時候柱間支撐和屋面支撐要布置在同一柱間上，這樣可以讓剛架更加的穩(wěn)定。在布置的時候第一柱間和第二柱間之間要設置一個剛性系桿，剛性系桿和抗風柱沿位置要保持一致，這樣在使用的時候能直接傳遞風荷載。在剛架轉(zhuǎn)折的地方也要設置相應的剛性系桿。特別需要注意的是如果因建筑自身原因沒有辦法設置柱間支撐，就需要用縱向剛架來代替。

5.2荷載取值

屋面恒載指屋面材料本身的重量，一般在0.04~0.06kN/m2之間，不同的屋面材料自重也會不同，在計算屋面恒荷的時候需要根據(jù)不同材料有針對地進行計算。一般發(fā)達國家在計算的時候規(guī)定門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的房屋在設計的時候還需要考慮一定的附加荷載，附加荷載能夠解決日常生活中出現(xiàn)的一些突發(fā)情況，但是我國在這方面還沒有相關(guān)的規(guī)定，所以不建議在設計的時候參考發(fā)達國家的規(guī)定。

5.3鋼梁分段

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計的時候很多設計師都認為應該把鋼梁的拼接節(jié)點設置在鋼梁彎矩最小的位置處，這種設計會影響拼接節(jié)點的質(zhì)量。因為在超靜定結(jié)構(gòu)里面構(gòu)件的變化會直接影響結(jié)構(gòu)彎矩。門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在設計的時候可以先把鋼梁分成三段之后再通過計算軟件分別對這三段鋼梁進行計算，得到相應的恒荷彎矩圖。根據(jù)圖片顯示能夠發(fā)現(xiàn)鋼梁不同，結(jié)構(gòu)彎矩也不同。設計人員在設計的時候要先確定鋼梁的分段之后在進行加工，這樣可以減少很多拼接點出現(xiàn)。因為拼接點越多，加工的程序就會越煩瑣，所以在設計的時候需要注意不要把鋼梁分成單件，單件的形狀比較復雜，不容易校正。鋼梁還需要根據(jù)實際運輸?shù)囊筮M行分段，一般如果使用公路運輸，構(gòu)件一般在11m左右，不宜過長，不然在運輸?shù)臅r候容易給車輛拐彎帶來麻煩；如果是輪船運輸或者是火車運輸，其成本也有增加很多。不僅如此，這2種運輸方式在長時間的運輸下還會使構(gòu)件變形。鋼梁分段還能方便安裝，在分段拼接的時候需要注意避開屋面支撐和抗風柱等位置，桿件盡量不匯在一處。因此，鋼材分段不同會直接影響結(jié)構(gòu)受力和用鋼量的產(chǎn)生，設計人員在設計的時候需要綜合性的進行考慮，通過計算、對比選擇出一個最經(jīng)濟、合理的方案來進行設計。

5.4檁條設計

在設計檁條的時候可以用螺釘連接的金屬屋面板作為側(cè)向支撐，選擇的金屬屋面板一定要符合實際的要求。在設計時不需要考慮整體穩(wěn)定性，只需要考慮上翼緣受壓的檁條計算檁條的強度即可，特別需要注意的是壓型鋼板和連接件之間如果是滑動的狀態(tài)就不能成為檁條上翼緣的支撐。在設計的時候還需要注意在實際條件允許的時候盡可能使用連續(xù)檁條的布置方案，這樣不僅能夠減少檁條耗鋼量的使用數(shù)量還能增加結(jié)構(gòu)的整體性。

5.5蒙皮效應

如果建筑在施工的時候屋面和墻面的材料使用的是壓型鋼板，就要在平面里面使用支撐系統(tǒng)來進行處理。在蒙皮設計進行的時候會涉及以下內(nèi)容：連接件、螺釘間距、孔洞面積等。因為在實際工作的時候會隨時有意外發(fā)生，所以支撐系統(tǒng)也需要根據(jù)實際情況進行改變，但是在改變的過程中會比較麻煩，因此建議蒙皮效應只能作為一種儲備方案進行使用。

5.6整體變形

現(xiàn)在我國在《規(guī)范》文件里面只對剛架橫向柱頂水平位移內(nèi)容提出了限制要求，但是并沒有限制縱向位移，在門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設計的時候要重點考慮變形問題，設計的時候還需要注意剛性的門架不能用圓鋼來進行支撐。

5.7柱腳的抗風措施

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在設計的時候還需要考慮柱腳作用力，特別是在一些縱向尺寸小的房屋更加需要注意，同時還需要采取可靠的抗拔措施來減少柱子拔起的發(fā)生情況。在一些風比較大的地方還可以設置錨栓端部設錨板來改變現(xiàn)狀。

5.8山墻剛架的計算模型

山墻剛架包括：鋼梁、鋼柱、抗風柱三部分，在計算的時候要先看清抗風柱和鋼梁之間的連接方式，連接方式不同，計算模型也不同。抗風柱和鋼梁連接方式主要有以下幾種：第一種通過彈簧片進行連接，彈簧片連接的時候豎向荷載力主要由剛架承受，抗風柱負責山墻水平方向的荷載，在這種連接模式下剛架用鋼量越大，抗風柱的用鋼量就越小；通過抗風柱的柱頂和鋼梁進行連接，這種連接方式豎向承載力會由抗風柱和剛架共同承擔，因為一部分的承載力被抗風柱分擔出去所以在計算的時候需要把抗風柱平面承受的風荷載能力計算在內(nèi)，這種連接方案在使用的時候會增加抗風柱用鋼量。在實際設計時設計人員需要根據(jù)情況選擇合適連接方式，不能2種連接方式同時使用，連接方式同時使用不僅不會帶來好處，還會給門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)安全帶來隱患。

6門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)設計需要注意的事項

（1）在防水方面需要注意坡度問題：在測量坡度的時候一定要有規(guī)范型，最好的范圍就是在1/8~1/20之間。在施工設計的時候為了更好地節(jié)約成本需要盡可能地將坡度降低，減少漏水情況發(fā)生。（2）在屋脊垂直程度上需要注意考慮垂直度，要先把房屋結(jié)構(gòu)分成若干段，在通過橫截面測量出水平值和縱向值，保證水平值和縱向值在規(guī)定的范圍內(nèi)。（3）設計檁條測算數(shù)值中需要注意檁條的彎曲程度，檁條在受到外力擠壓的時候會影響屋彩板的結(jié)構(gòu)，彎度的數(shù)值會增加，所以在測量檁條的時候一定要寬度適中，這樣才能更好地減弱橫截面。（4）施工單位在設計砼支時一般都會使用鋼筋混凝土砼支撐柱，把螺栓和支撐柱連接在一起，這樣可以更好地減少施工材料的成本。但是因為混凝土比較脆，所以需要添加鋼筋材料的幫助來提高彎矩荷載能力，在連接的時候也要注意外力影響發(fā)生的損害。在設計的時候一定要注意砼柱和鋼梁之間連接，這樣就可以更好地節(jié)約施工的成本，減少連接的構(gòu)件，減少斜梁變形出現(xiàn)的概率。

7結(jié)語

綜上所述，在房屋建筑物施工的時候，門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)得到了大多數(shù)人的認可，因為門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展的時間比較短，所以在設計的時候設計人員的經(jīng)驗還不足，對一些突發(fā)情況也沒有解決問題的經(jīng)驗，在以后的時間里面設計人員還需要進一步的進行研究，通過科學的方法對房屋的結(jié)構(gòu)和防水設計進行規(guī)范，其次還需要減少房屋施工中不利因素的出現(xiàn)，這樣才能更好地推動門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

參考文獻

[1]鄭明星，陳京芳.輕鋼結(jié)構(gòu)設計若干問題的探討[J].鋼結(jié)構(gòu)，2005，20（4）：49-52.

[2]周錦泉，張大鵬.輕鋼門式剛架房屋設計中的幾個問題[J].房材與應用，2005，33（5）：22-23.

作者：劉文天 單位：山東省冶金設計院股份有限公司