孫廣強(qiáng)

[摘 要]在設(shè)計(jì)某超高門式剛架工程時(shí)，要把規(guī)范理解和軟件計(jì)算與前者結(jié)合起來，并通過控制和選取幾個(gè)比較重要的參數(shù)，如板件寬厚比、載荷等。從而使設(shè)計(jì)思路更加簡(jiǎn)便，使相關(guān)的經(jīng)濟(jì)支出盡量控制在比較低的范圍之內(nèi)，并為以后的超高門式剛架設(shè)計(jì)提供一些簡(jiǎn)單的參考。

[關(guān)鍵詞]超高門式鋼架;輕鋼結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)]TU392.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于建筑工程的施工周期也提出了更高的要求，如何在保證工程質(zhì)量的前提下用更短的時(shí)間完成建筑工程的施工成了一個(gè)急需解決的問題，在這種情況下多快好省的鋼結(jié)構(gòu)獲得了迅速的發(fā)展。而在鋼結(jié)構(gòu)形式中門式剛架是一種比較傳統(tǒng)的形式，廣泛應(yīng)用于庫房、廠房等結(jié)構(gòu)中。

1 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問題

1.1 荷載取值

屋面材料的自重就是屋面恒載，主要包括以下幾個(gè)方面：支撐系統(tǒng)、屋面板等，一般情況下0.04kN/m2-0.06kN/m2之間的值為支撐自重，對(duì)于屋面板來說，屋面材料的不同往往導(dǎo)致出現(xiàn)差別很大的自重。例如，自重在0.24kN/m2左右的是100厚彩鋼巖棉夾芯板，自重在0.12kN/m2左右的是100厚彩鋼夾聚苯乙烯保溫板，而自重在0.14kN/m2左右的則是輕質(zhì)的GRC保溫板。但是在實(shí)際的建筑工程設(shè)計(jì)中很多技術(shù)人員在對(duì)屋面恒載進(jìn)行取值時(shí)往往不考慮實(shí)際情況輕率地取為0.3kN/m2，這樣不僅會(huì)浪費(fèi)原材料，還會(huì)使建筑物的質(zhì)量大打折扣并留下安全隱患。因此，計(jì)算屋面恒荷時(shí)應(yīng)充分考慮到因屋面板材的不同而存在的差異，不能一概而論輕率地取某固定的值，還有一點(diǎn)需要特別注意的是屋面恒荷的取值應(yīng)在0.2kN/m2以上。對(duì)于屋面活荷來說，在現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范中，如GB50017-2012鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等一般情況下都取值為0.5kN/m2，但是在實(shí)際中如果構(gòu)件的荷載面積在六十平方米以上，那么活荷載在進(jìn)行取值時(shí)可以乘折減系數(shù)0.6，也就是說這時(shí)的活荷載取值可以是0.3kN/m2。符合這個(gè)條件的門式剛架，可以取活荷載的值為0.3kN/m2。而在歐美國(guó)家的現(xiàn)行規(guī)定中，在設(shè)計(jì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋時(shí)，在原有荷載的基礎(chǔ)上要增加0.15kN/m2-0.5kN/m2。這樣做的主要原因是在極端天氣條件下應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的超載現(xiàn)象。這種做法目前并沒有在我國(guó)大范圍推行，在我國(guó)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范中也沒有規(guī)定。因此，在進(jìn)行屋面活荷載的取值時(shí)，建議取值為0.5kN/m2或者以上，不應(yīng)小于0.5kN/m2。

1.2 鋼材與剛架截面的選取

通常來說，跨度比較小的剛架，一般由強(qiáng)度控制結(jié)構(gòu)。在這種情況下，選用鋼材時(shí)要注重鋼材的強(qiáng)度等級(jí)，盡量選擇強(qiáng)度等級(jí)較高的鋼材，這樣的鋼材翼緣都比較厚，從而使構(gòu)件的截面高度能夠盡量減小，這樣一方面能夠使造價(jià)降低，另一方面能夠使結(jié)構(gòu)的安全性得到保證。對(duì)于跨度比較大的剛架來說，一般由鋼梁撓度控制結(jié)構(gòu)，這時(shí)就要選用翼緣比較薄的鋼材，這種鋼材的腹板一般比較高，這樣鋼梁撓度才能夠得到有效的控制，同時(shí)還能夠保證有一定的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。由于撓度不受鋼材強(qiáng)度的影響，因此相關(guān)的設(shè)計(jì)人員可選用價(jià)格較低的鋼材，這樣不僅安全可靠，而且經(jīng)濟(jì)劃算。構(gòu)件不僅要滿足撓度和強(qiáng)度的要求，同時(shí)還要滿足局部穩(wěn)定的要求，所謂的局部穩(wěn)定就是指腹板應(yīng)該達(dá)到高厚比的要求，翼緣應(yīng)該達(dá)到寬厚比的要求。在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中所規(guī)定的腹板高厚比要比《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定嚴(yán)格許多，這是因?yàn)楦拱宓那髲?qiáng)度也在輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的考慮范圍中。只有腹板的高度變化在不超過60mm的情況下，才能夠利用腹板屈曲后強(qiáng)度。因此，不能為了降低經(jīng)濟(jì)成本而大幅減少用鋼量，從而使變截面構(gòu)件小端頭截面高度過多地減小。

2 工程概況

某地毛米倉的高度為二十米，跨度為三十米，倉庫里面是十六米高的鋼板倉，沒有吊車等設(shè)備，有一千六百五十平方米建筑面積，室內(nèi)外的高差為三百毫米，要求采用門式剛結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝。此外，該地為七度的抗震設(shè)防烈度，基本的地震加速度值在設(shè)計(jì)中為0.10g。該地距離海洋較近，基本的風(fēng)壓0.6kN/m2。工程中采用Q345B級(jí)鋼，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為2級(jí)。

3 結(jié)構(gòu)布置

焊接H型截面門式剛架是該工程的主承力體系，壓型鋼板輕型材料是建造外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)和屋頂?shù)闹饕牧稀偧苤_固結(jié)，要采用全高等截面的柱子。為了使柱子平面外的計(jì)算長(zhǎng)度能夠盡量減小，使整體結(jié)構(gòu)空間的穩(wěn)定性得到保證，就要在廠房縱向每榀鋼架柱間除了設(shè)置剛性系桿在柱頂之外，還要額外設(shè)置兩道剛性系桿在柱中。同時(shí)還要設(shè)置通長(zhǎng)剛系桿在屋蓋的縱向，它們之間的間距一般在四點(diǎn)五米到五點(diǎn)五米之間。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

該建筑工程的實(shí)際高度為二十米，這個(gè)值高于GB51022-2015《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中十八米的要求，因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中不能完全參照《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，應(yīng)該對(duì)其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行參考。

4.1 載荷

恒載、活載以及風(fēng)荷載都在載荷需要考慮的范圍之內(nèi)。其中根據(jù)《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》和GB5009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取風(fēng)荷載的較大值。經(jīng)過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，柱子有更大的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》風(fēng)荷載，而梁有更大的《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》風(fēng)荷載。鑒于以上這種情況，建議采用《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》風(fēng)荷載來進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體的計(jì)算，在進(jìn)行屋面斜梁的驗(yàn)算時(shí)可以使用《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》風(fēng)荷載。在輸入柱子的風(fēng)荷載后，計(jì)算時(shí)可以采用梯形荷載等方式。

4.2 板件寬厚比控制

確保廠房框架延性的重要指標(biāo)之一就是構(gòu)件的板件寬厚比，另外這個(gè)指標(biāo)還對(duì)建筑工程中單位面積用鋼量有著重大的影響。因?yàn)椤堕T式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的限制高度已經(jīng)不適用于該建筑工程，因此在進(jìn)行控制時(shí)不建議采用《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》。對(duì)于輕屋蓋廠房來說，如果它的設(shè)防烈度在八度或者以下，就能夠采用性能化設(shè)計(jì)，這種方法有兩種情況：一是低延性和高彈性承載力，二是高延性和低彈性承載力，也就是說在不同地震作用的承載力情況下，如果構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定都能夠達(dá)到的一定的要求，那么就允許構(gòu)件在計(jì)算彈性設(shè)計(jì)階段板件寬厚比時(shí)采用不同的限值。該建筑工程的性能設(shè)計(jì)方法采用“低延性和高彈性承載力”，也就是說當(dāng)有較高的地震作用承載力時(shí)，如果結(jié)構(gòu)能夠滿足這一要求，就能夠允許構(gòu)件在計(jì)算彈性設(shè)計(jì)階段板件寬厚比時(shí)采用比較低的限值，這就使板件寬厚比的要求在一定程度上放寬了。當(dāng)有兩倍多的地震作用承載力時(shí)，如果結(jié)構(gòu)能夠滿足這一要求，那么就允許構(gòu)件在計(jì)算彈性階段板件寬厚比時(shí)采用GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》的限值。

4.3 柱頂位移控制以及梁撓度

在本建筑工程中沒有橋式吊車，因此可以采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》中無橋式吊車的單層框架柱頂位移H/150的限值來進(jìn)行柱頂位移的控制，但是從施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況出發(fā)，由于毛米倉距離廠房?jī)?nèi)鋼柱太近，因此在進(jìn)行柱頂位移控制時(shí)，取限值的H/180。經(jīng)過計(jì)算后，可以知道本建筑工程由風(fēng)荷載控制柱頂?shù)奈灰?。為了使柱頂?shù)乃轿灰频玫匠浞值臐M足，柱截面在增大時(shí)屋面的梁截面也要隨之增大，這樣就會(huì)很少使用到梁，同時(shí)還能夠充分保證梁的撓度。因此，在滿足整體計(jì)算要求和板件構(gòu)造的基礎(chǔ)上，要使梁截面盡可能地減小，這樣有利于節(jié)約原材料。

5 結(jié)語

該建筑工程所選取的柱頂位移限值參數(shù)和荷載都比較合適，同時(shí)在設(shè)計(jì)超高門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)時(shí)采用了“低延性和高彈性承載力”的性能設(shè)計(jì)方法，這樣一方面使結(jié)構(gòu)的安全性得到保證，另一方面又降低了經(jīng)濟(jì)成本。

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