門式輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)講解與分析

隋新春 趙雪

摘 要：現(xiàn)今，門式輕型鋼架房屋廣泛應(yīng)用于房屋的建設(shè)中，因其所具有的造價(jià)低、施工速度快，施工難度低等優(yōu)點(diǎn)，深受用戶喜愛。而在設(shè)計(jì)它時，要按照國家的相關(guān)規(guī)范要求，把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，將設(shè)計(jì)做好，文章就門式輕型剛架結(jié)構(gòu)房屋的特點(diǎn)和其結(jié)構(gòu)和平面布局等進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：門式輕型鋼；設(shè)計(jì)；分析

前言

近些年來，門式輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋在建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，適用于超市、娛樂體育設(shè)施、車站候車室等大跨度公共建筑等，其通常由基礎(chǔ)、鋼架、支撐系統(tǒng)、屋面、壓型鋼板屋面和型鋼檁條等組成，下文將就鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)時的注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行闡述。

1 輕型門式剛架的特點(diǎn)

輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋相比于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋具有質(zhì)量輕、柱網(wǎng)布置比較靈活、造價(jià)低、施工速度快、施工難度較低等特點(diǎn)。

經(jīng)過多年的發(fā)展，輕型門式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展成為了一個完備的體系，從H型鋼梁，屋頂上的彩鋼板，墻面上的保溫層等一系列的配件，房屋設(shè)計(jì)時根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用符合要求的配件，而后進(jìn)行相應(yīng)的組裝，在既保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的情況下又可以保證縮短工期。鋼結(jié)構(gòu)建筑由于采用了全鋼結(jié)構(gòu)，在同等強(qiáng)度的條件下要比鋼筋水泥結(jié)構(gòu)占用空間少，比一般鋼筋水泥結(jié)構(gòu)的建筑內(nèi)部空間更為合理，外觀簡潔，可以更好的達(dá)到使用要求。由于房頂和圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了彩鋼板、玻璃棉等材料，因此鋼結(jié)構(gòu)的鋼架可以很輕，在加上設(shè)計(jì)時對門式鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使鋼結(jié)構(gòu)的自重很輕，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)門式鋼架建筑結(jié)構(gòu)用鋼量通常為10～30kg/m2僅為相同條件下混凝土結(jié)構(gòu)建筑用鋼量的1/20～1/30，更為經(jīng)濟(jì)合理。

門式剛架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件和配件都由工廠制作，從而保證了構(gòu)件的質(zhì)量和精度，無需二次加工，工地安裝方便。除了基礎(chǔ)施工外，沒有濕作業(yè)，需要的施工人員也不多，而且在安裝時，構(gòu)件之間的連接多采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，需要焊接的地方很少，這樣就大大提高了安裝速度，使建筑可以很快的建設(shè)起來，但必須注意設(shè)計(jì)為剛性連接的節(jié)點(diǎn)，應(yīng)具有足夠的轉(zhuǎn)動剛度。由于門式剛架結(jié)構(gòu)的重量較輕，因此對于地基的要求可以較鋼筋水泥結(jié)構(gòu)的建筑少很多，基礎(chǔ)可以做得比較小，通常情況下，地震時產(chǎn)生的縱波對于剛架的結(jié)構(gòu)影響很小，因此可以不計(jì)算地震的影響，但是風(fēng)荷載對其結(jié)構(gòu)的影響較大，設(shè)計(jì)時要著重考慮。

2 門式剛架結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)形式和要求規(guī)定

在建筑時，屋蓋采用壓型鋼板屋面板和冷彎薄壁型鋼檁條，主體鋼架可采用變截面實(shí)腹剛架，外墻采用壓型鋼板墻面板和冷彎薄壁型鋼墻梁。用于檁條和墻梁的冷彎薄壁型鋼，其壁厚不宜小于1.5mm，用于焊接主鋼架構(gòu)件腹板的鋼板，其厚度不宜小于4mm，當(dāng)有根據(jù)時可不小于3mm，構(gòu)件中受壓板件的最大寬厚比，不得大于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的寬厚比限值，受壓板件的局部穩(wěn)定臨界應(yīng)力低于鋼材屈服點(diǎn)時，應(yīng)按實(shí)際應(yīng)力驗(yàn)算板件的穩(wěn)定性，或采用有效寬度計(jì)算構(gòu)件的有效截面，并驗(yàn)算構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定。

3 剛架結(jié)構(gòu)的平面布置

3.1 門式剛架結(jié)構(gòu)的跨度取橫向剛架柱間的距離，一般為9-36m，推薦以3m為一個長度段，也可按照實(shí)際要求選取。當(dāng)邊柱寬度不等時，其外側(cè)應(yīng)對齊。其高度（地坪柱軸線與斜梁軸線交點(diǎn)的高度）推薦取4.5～9m，也可按照要求適量放大。門式剛架的高度要按照設(shè)計(jì)要求來確定，如房屋內(nèi)需要安裝行車，需要考慮行車需要的高度。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)高和吊車凈空的要求確定。門式剛架的合理間距通常采用6m，7.5m或9m等的距離。挑檐長度需要根據(jù)實(shí)際情況從0.5～1.2m之間選取。

3.2 門式剛架輕型房屋由于結(jié)構(gòu)簡單，使用的構(gòu)件和圍護(hù)結(jié)構(gòu)受溫度影響較小，其溫度分區(qū)可以采用縱向溫度區(qū)段<300m；橫向溫度區(qū)段<150m；比傳統(tǒng)的溫度區(qū)段要大，而有其他的計(jì)算依據(jù)時，這個溫度區(qū)段可以適當(dāng)放大。

3.3 門式剛架的支撐布置

支撐體系在門式剛架輕結(jié)構(gòu)具有十分重要的作用在支撐時要注意以下要求。

支持布置的要求：

（1）圓鋼支撐不能應(yīng)用于有吊車的廠房，應(yīng)根據(jù)所進(jìn)行的受力分析，經(jīng)計(jì)算來確定直徑，其凈截面不得小于10mm。圓鋼支撐與構(gòu)件腹板的連接處，t≤5mm時應(yīng)腹板補(bǔ)強(qiáng)。

（2）當(dāng)廠房內(nèi)有5t及5t以上吊車時，立柱之間的支撐需采用型鋼來進(jìn)行支撐。

（3）當(dāng)廠房內(nèi)有15t以上吊車時，應(yīng)對廠房增加屋蓋縱向支撐和對吊車梁的側(cè)向增加剛度。

（4）當(dāng)廠房內(nèi)無吊車時，立柱間支撐的間距不大于30～45米，應(yīng)與屋蓋橫向支撐位于同一開間。

（5）當(dāng)廠房內(nèi)設(shè)計(jì)有吊車時，下柱支撐設(shè)在溫度區(qū)間中部或三分點(diǎn)處。

（6）保證房屋縱向剛度的措施。

4 墻架布置

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的墻架布置應(yīng)對門窗、挑檐、遮雨篷等構(gòu)件和圍護(hù)的材料提出一定的規(guī)范。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，當(dāng)采用壓型鋼板圍護(hù)面時，墻梁宜布置在剛架的外側(cè)，門式剛架輕型房屋的外墻，當(dāng)抗震要求不高于6度時，能采用輕型鋼墻板或砌體，當(dāng)抗震要求為7-8度時，可采用輕型鋼墻板或非嵌砌砌體，當(dāng)抗震能力要求9度時，適合采用輕型鋼墻板或柱柔性連接的輕質(zhì)墻板。

5 門式剛架節(jié)點(diǎn)和梁柱連接設(shè)計(jì)

門式剛架梁與柱的連接，一般使用高強(qiáng)度螺栓端板來連接。連接一般使用端板平放、豎放、斜放三種方式。連接用的高強(qiáng)度螺栓應(yīng)對稱布置且螺栓數(shù)目為偶數(shù)，端板豎放適用于局部等截面柱，設(shè)計(jì)時將端板橫放用來減少節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)剪力，用以抵消豎向載荷所起的作用。當(dāng)節(jié)點(diǎn)彎矩很大時一般可采將端板斜放的方式，用來加長抗彎連接的力臂，方便布置螺栓。端板拼接連接一般采用外伸式和平齊式，外伸式節(jié)點(diǎn)受力合理，比平齊式承載力高，因此一般多采用外伸式端板連接，同時應(yīng)在結(jié)點(diǎn)板外伸部分設(shè)置加勁肋，提高節(jié)點(diǎn)的抗剪能力，有效減少節(jié)點(diǎn)板的變形。端板連接要按照所受的最大內(nèi)應(yīng)力設(shè)計(jì)，吊車梁和制動梁的連接可采用高強(qiáng)度摩擦型螺栓連接或焊接。螺栓中心至翼緣板表面的距離，應(yīng)滿足不小于35mm，螺栓端距不應(yīng)小于2倍螺栓孔徑。

6 屋面板和墻板設(shè)計(jì)

屋面板和墻板材料可以選用建筑外用彩色鍍鋅或鍍鋁鋅壓型鋼材，夾心壓型復(fù)合板和玻璃纖維增強(qiáng)水泥外墻板等輕質(zhì)材料，一般用與屋面或墻面的壓型鋼板，其厚度應(yīng)至少大于0.4mm，當(dāng)在屋面板上開設(shè)直徑大于300mm的圓洞或邊長大于300mm的方洞時，應(yīng)根據(jù)計(jì)算采用次結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，同時不能在房屋屋脊上開洞，墻板應(yīng)接觸地面，好將墻壁的自重由地面來承受，減少剛架所承受的力，板與板之間的連接要適當(dāng)。

7 結(jié)束語

由上文可知，門式輕型鋼結(jié)構(gòu)由于其本身結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，施工周期短等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工廠、超市等建筑，在設(shè)計(jì)時要注意對結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的計(jì)算，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)分析，結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)出符合設(shè)計(jì)要求且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠可靠的房屋。

參考文獻(xiàn)

[1]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn).門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].2002.