張利民
(天津天啟七星建筑技術(shù)服務(wù)有限公司,天津 300271)
鋼結(jié)構(gòu)是土木工程的主要結(jié)構(gòu)類型之一,是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的,在房屋建筑、地下建筑、礦山建筑、水工建筑、倉(cāng)儲(chǔ)建筑、橋梁、塔桅、海洋平臺(tái)、港口、油氣等壓力容器以及管道中都得到廣泛應(yīng)用。
門式剛架結(jié)構(gòu)是一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系,以等截面或變截面輕型焊接H型鋼、等截面熱軋H型鋼或冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的實(shí)腹式門式剛架或格構(gòu)式門式剛架作為主要承重骨架,用冷彎薄壁型鋼(槽鋼、卷邊C形、Z形等)做凜條、墻梁;以壓型鋼板、壓型鋁板做屋面和墻面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酷泡沫塑料、巖棉、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當(dāng)設(shè)置支撐。
門式剛架又稱為山形門式剛架.其結(jié)構(gòu)形式多種多樣。按構(gòu)件體系分,有實(shí)腹式與格構(gòu)式;按截面形式分,有等截面和變截面;按結(jié)構(gòu)用材分,有普通型鋼、薄壁型鋼和鋼管;按跨度可以分為單跨、雙跨和多跨剛架;按屋面坡向分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡等。在單層工業(yè)與民用房屋鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多的單跨或多跨的單、雙坡門式剛架(根據(jù)需要可帶挑檐或毗屋)。根據(jù)通風(fēng)、采光的需要,這種剛架廠房可設(shè)置通風(fēng)口、采光帶和天窗架等,目前單跨剛架跨度國(guó)內(nèi)最大已達(dá)到72 m。
對(duì)于多跨剛架,在相同跨度條件下,多脊多坡與單脊雙坡剛架用鋼量大致相當(dāng)。但多脊多坡剛架的內(nèi)天溝容易產(chǎn)生滲漏及堆雪等問(wèn)題,而連續(xù)的長(zhǎng)坡壓型鋼板屋面有利于排水,因此常做成單脊大雙坡屋面。對(duì)于單脊雙坡多跨剛架.無(wú)橋式吊車時(shí),且當(dāng)剛架柱不是很高,風(fēng)荷載也不很大時(shí),中柱宜采用兩端鉸接的搖擺柱。中間搖擺柱和梁的連接構(gòu)造簡(jiǎn)單,而且制作和安裝都省工。搖擺柱不參與抵抗側(cè)向力,截面可以用得較小。但設(shè)有橋式吊車時(shí),中柱宜為兩端剛接,以增加剛架側(cè)向剛度。
門式剛架的跨度指橫向剛架柱之間的距離,跨度宜為9-36m,宜以3m為模數(shù),必要時(shí)可不受模數(shù)限制;當(dāng)邊柱寬度不等時(shí),其外側(cè)應(yīng)對(duì)齊。門式剛架的高度,應(yīng)取地坪至柱軸線與斜梁軸線交點(diǎn)的高度,宜采用4.5m-9.0m,當(dāng)有橋式吊車時(shí)不宜大于12m.高度應(yīng)根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高確定,有吊車的廠房應(yīng)根據(jù)軌頂標(biāo)高和吊車凈空要求來(lái)確定。柱的軸線可取通過(guò)柱下端(較小端)中心的豎向軸線。工業(yè)建筑邊柱的定位軸線宜取柱外皮。斜梁的軸線可取通過(guò)變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平行的軸線。
屋面檀條一般等間距布置,但在屋脊處,應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道檀條,使屋面板外伸寬度不要太長(zhǎng)(應(yīng)小于200 mm),在天溝附近應(yīng)布置一道檀條,以便于天溝的固定。檀條間距應(yīng)考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶、屋面材料、檀條供貨規(guī)格等因素的影響并按計(jì)算確定。
側(cè)墻墻梁的布置,應(yīng)考慮設(shè)置門窗、挑檐、遮雨篷等構(gòu)件和圍護(hù)材料的要求。當(dāng)采用壓型鋼板作圍護(hù)墻面時(shí),墻梁宜布置在剛架柱的外側(cè),其間距隨墻板板型和規(guī)格確定,且不應(yīng)大于由計(jì)算確定的數(shù)值。
門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的支撐,可采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐,圓鋼與相連構(gòu)件的夾角應(yīng)在300---600范圍內(nèi),宜接近450.當(dāng)設(shè)有起重量不小于5t的橋式吊車時(shí),柱間宜采用型鋼支撐;在溫度區(qū)段端部吊車梁以下不宜設(shè)置柱間剛性支撐。
3.1 門式剛架中組成構(gòu)件的板件較薄,對(duì)制作、涂裝、運(yùn)輸、安裝的要求較高。焊接構(gòu)件板的厚度不應(yīng)小于3.0 mm,冷彎薄壁構(gòu)件中板的最小厚度為1.5 mm,屋面、墻面壓型鋼板基材厚度不宜小于0.4 mm。門式剛架構(gòu)件由于板件較薄,抗彎剛度、抗扭剛度較小,在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中應(yīng)采取措施防止構(gòu)件發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形,同時(shí)還要重視支撐體系和隅撐的布置,重視屋面板、墻面板與擦條、墻梁等構(gòu)件的連接構(gòu)造。
3.2 框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規(guī)定為1/180,除驗(yàn)算坡面斜梁撓度外,是否要驗(yàn)算跨中下垂度?現(xiàn)在了解到,美國(guó)是計(jì)算的。他們作框架分析,一般是將構(gòu)件分段,用等截面程序計(jì)算,每段都要計(jì)算水平和豎向位移,不能大于允許值,等于要驗(yàn)算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度,剛度太小豎向變形就大。要的度本來(lái)就小,脊點(diǎn)下垂后引起屋面漏水,是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過(guò)小,第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡,使屋面變形?,F(xiàn)在打算做個(gè)規(guī)定,剛架側(cè)移后,當(dāng)山尖下垂對(duì)坡度影響較大時(shí),要驗(yàn)算山尖垂度,以便對(duì)屋面剛度進(jìn)行控制。
3.3 少數(shù)單位設(shè)計(jì)的門式剛架,采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成,斜梁用豎放式端板與砼柱中的預(yù)埋螺栓相連,形成剛接,目的是想節(jié)省鋼材和降低造價(jià)。在廠房中,的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架,但此時(shí)梁柱只能鉸接,不能剛接。多高層建筑中,鋼梁與墻的連接也是如此。因?yàn)榛炷潦且环N脆性材料,雖然構(gòu)件可以通過(guò)配筋承受彎矩和剪力,但在連接部位,它的抗拉、抗沖切的性能很并,在外力作用下很容易松動(dòng)和破壞。
3.4 支撐和剛性系桿的布置應(yīng)符合下列要求
①在每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中,應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。
②在設(shè)置柱間支撐的開間,宜同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐,以組成幾何不變體系。屋蓋橫向支撐宜設(shè)在溫度區(qū)間端部的第一個(gè)或第二個(gè)開間。當(dāng)端部支撐設(shè)在第二個(gè)開間時(shí),在第一個(gè)開間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿。
③柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向柱距、受力情況和安裝條件確定。當(dāng)無(wú)吊車時(shí)宜取30m-45m。當(dāng)有吊車時(shí)宜設(shè)在溫度區(qū)段中部,當(dāng)溫度區(qū)段較長(zhǎng)時(shí)宜設(shè)在三分點(diǎn)處,且間距不宜大于60m。
④當(dāng)房屋高度相對(duì)于柱間距較大時(shí),柱間支撐宜分層設(shè)置。當(dāng)建筑物寬度大于60 m時(shí),在內(nèi)柱列宜適當(dāng)增加柱間支撐。
⑤在剛架轉(zhuǎn)折處 (單跨房屋邊柱柱頂和屋脊,以及多跨房屋某些中間柱柱頂和屋脊)應(yīng)沿房屋全長(zhǎng)設(shè)置剛性系桿。
⑥由支撐斜桿等組成的水平析架,其直腹桿宜按剛性系桿考慮。
⑦剛性系桿可由擦條兼作,此時(shí)擦條應(yīng)滿足對(duì)壓彎桿件的剛度和承載力要求。當(dāng)不滿足時(shí),可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H型鋼或其它截面形式的桿件。
⑧在設(shè)有帶駕駛室且起重量大于15t橋式吊車的跨間,應(yīng)在屋蓋邊緣設(shè)置縱向支撐析架.當(dāng)橋式吊車起重量較大時(shí),尚應(yīng)采取措施增加吊車梁的側(cè)向剛度。
綜上所述,在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)當(dāng)從工程實(shí)際出發(fā),合理選用鋼材,選擇高強(qiáng)度、具有較好經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的鋼材;在結(jié)構(gòu)方案選擇上,應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的結(jié)構(gòu)布置;在連接設(shè)計(jì)中.應(yīng)選用構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力直接的節(jié)點(diǎn)形式,并應(yīng)滿足構(gòu)造要求;另外,在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,還應(yīng)保證鋼結(jié)構(gòu)在加工、運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求,并應(yīng)針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際,滿足防火、防腐的要求。宜優(yōu)先選用通用的和標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件,減少制作、安裝工作量。
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