文/姜珊 天津渤海化工集團(tuán)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 天津市 300450

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)思路研究

文/姜珊 天津渤?；ぜ瘓F(tuán)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 天津市 300450

門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用主要是因?yàn)槠溆性靸r(jià)低廉、自身重量較輕、傳力路徑明確、加工簡便以及施工周期相對(duì)較短的優(yōu)點(diǎn)。本文在分析剛架特點(diǎn)以及其結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)之上，重點(diǎn)對(duì)其載荷、內(nèi)力計(jì)算以及幾何參數(shù)優(yōu)化做重點(diǎn)的探討。

門式剛架；輕型鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化

一、剛架特點(diǎn)

目前，應(yīng)用在廠房中的門式剛架主要有多跨剛架和單跨剛架兩種結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，在實(shí)際建筑應(yīng)用較多的就是多跨剛架結(jié)構(gòu)，但是在選擇剛架結(jié)構(gòu)時(shí)還需要結(jié)合實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行選擇。舉例來說，如果是要求比較單一的工藝則可以直接選擇單跨剛架結(jié)構(gòu)，而如果要求相對(duì)復(fù)雜的工藝，可以選擇多跨剛架結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)廠房高度的確定要依據(jù)實(shí)際的工藝要求，尤其是要充分考慮到建筑物的采光通風(fēng)以及天車軌頂?shù)母叨鹊认嚓P(guān)因素。同時(shí)在確定高度的時(shí)候不僅要符合工藝使用的要求，同時(shí)要以節(jié)約能源為原則不能盲目拔高。

坡屋頂?shù)慕ㄔO(shè)一般都會(huì)考慮到建筑物的采光通風(fēng)以及排水情況。多跨剛架結(jié)構(gòu)通常情況下為了防止因廠房跨度過大，一側(cè)剛架柱需拔高而導(dǎo)致的資源浪費(fèi)會(huì)考慮修建成雙坡的屋面以及雙向排水結(jié)構(gòu)。門式剛架相比于其他鋼結(jié)構(gòu)的建筑來說有著十分優(yōu)越的優(yōu)勢(shì)，首先，剛架擁有簡單的構(gòu)造，同時(shí)其材料使用較為單一，由此門式剛架的設(shè)計(jì)較為標(biāo)準(zhǔn)，加工制作相對(duì)簡便，進(jìn)而提高了廠房的生產(chǎn)效率。其次，門式剛架的防震性能優(yōu)越。主要是由于門式剛架自身重量較輕，且屬于柔性結(jié)構(gòu)，因此，門式剛架可以有效的減輕地震所造成的破壞性，從這個(gè)角度來說，門式剛架應(yīng)用于地震災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)是十分必要的。最后，門式剛架還擁有良好的環(huán)保性。主要是因?yàn)樯a(chǎn)門式剛架的鋼材屬于生態(tài)型的環(huán)保材料，其利用及回收都是相當(dāng)便利的，可以實(shí)現(xiàn)材料的可持續(xù)發(fā)展。

雖然門式剛架擁有其他鋼結(jié)構(gòu)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，但其也存在一些問題。第一，鋼結(jié)構(gòu)易受腐蝕。第二，防火性能較差，鋼材在溫度二百攝氏度的情況下，其力學(xué)性能并不會(huì)發(fā)生太大的變化，一旦溫度上升到三百攝氏度以上，鋼材的彈性模量以及強(qiáng)度會(huì)發(fā)生較大的變化，而當(dāng)溫度達(dá)到六百攝氏度以上的時(shí)候，鋼材的力學(xué)性能會(huì)完全發(fā)生變化，其承載力及剛度會(huì)迅速下降到最低點(diǎn)。但是近幾年來，我國已經(jīng)研發(fā)了先進(jìn)的防腐蝕、防火產(chǎn)品，可以有效的彌補(bǔ)鋼材的劣勢(shì)。因此，門式剛架在廠房中的應(yīng)用趨勢(shì)是必然的。

二、門式剛架結(jié)構(gòu)形式

門式剛架簡單來說就是一種連續(xù)式結(jié)構(gòu)。以單跨式門式剛架作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)單跨門式剛架是一種異型的三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，只是邊跨梁發(fā)生了彎曲，其角度為九十度。同時(shí)單跨門式剛架的柱體與梁體通過剛接的方式實(shí)現(xiàn)了連接。如果單跨門式剛架作用于水平荷載情況下，會(huì)利用梁體以及基礎(chǔ)對(duì)于柱體的作用力來降低柱體的彎矩，同樣如果單跨門式剛架作用于垂直（豎向）載荷條件下，則是柱體對(duì)梁體的作用力降低梁體的彎矩。從這個(gè)角度來看，門式剛架結(jié)構(gòu)的受力狀況是比較科學(xué)合理的。

當(dāng)前，在我國輕型門式剛架正廣泛應(yīng)用于廠房結(jié)構(gòu)中。輕型門式剛架按照其結(jié)構(gòu)功能劃分可以分為兩種，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體承重結(jié)構(gòu)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)由壓型鋼板和檁條構(gòu)成并對(duì)墻面以及屋面進(jìn)行圍護(hù)。而主體承重結(jié)構(gòu)主要包括門式剛架的柱體、梁體以及其支撐系統(tǒng)。主體承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)了大部分的房屋載荷力，是房屋建筑的核心。門式剛架的梁柱通常情況下都是選用的變截面的實(shí)腹式截面。例如：焊接工字鋼。而門式剛架的支撐系統(tǒng)主要包括屋面支撐系統(tǒng)以及柱間支撐系統(tǒng)。一般情況下，對(duì)于單跨門式剛架的梁柱節(jié)點(diǎn)可以采用剛接形式，但多跨門式剛架的梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)該采用剛接與鉸接結(jié)合的方式。

三、設(shè)計(jì)及優(yōu)化

1、荷載考慮

通常情況下，在考慮門式剛架輕型房屋的載荷時(shí)，都會(huì)涉及到三種載荷形式，即偶然載荷、可變載荷以及永久載荷。所謂偶然載荷指的是在使用期間載荷的出現(xiàn)是具有偶然性的，但如果出現(xiàn)了載荷，就代表著其載荷相對(duì)較大，但出現(xiàn)時(shí)間較短。地震載荷時(shí)最具有代表性的偶然載荷。而可變載荷就是指載荷會(huì)隨著環(huán)境狀況的變化及建筑物的使用狀況而發(fā)生變化，風(fēng)載荷、吊車載荷是最為常見的可變載荷。永久載荷則是指門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)的自身重量，其包括了支撐系統(tǒng)的重量、材料的重量、骨架結(jié)構(gòu)的重量等。

在考慮門式剛架結(jié)構(gòu)的載荷時(shí)應(yīng)保證載荷的值能夠全面深刻的反應(yīng)門式剛架結(jié)構(gòu)的載荷情況，且其取值是不能隨意減少或者放大的，因?yàn)檫@樣會(huì)嚴(yán)重影響門式剛架結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果。

2、支撐系統(tǒng)

構(gòu)成輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋支撐體系的主要有兩部分，第一，例如墻梁、槺條這類可以防止薄壁構(gòu)件失穩(wěn)的體系。第二，例如柱間支撐以及屋面支撐之類可以支撐縱向抗側(cè)剛度的體系。當(dāng)前，這兩種應(yīng)用在輕型剛架結(jié)構(gòu)房屋中的支撐體系可以將房屋平面支撐為一個(gè)整體空間，從而保障門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度以及強(qiáng)度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，從而保障門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)可以正常使用。

布置門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的柱間支撐。在對(duì)其進(jìn)行布置的時(shí)候，要根據(jù)輕型房屋結(jié)構(gòu)的功能要求、縱向的柱子之間的間距以及按照的具體條件為基礎(chǔ)在進(jìn)行布置。同時(shí)如果在布置柱間支撐時(shí)，沒有吊車設(shè)置時(shí)，其間距最好設(shè)置為30到45米，如果有吊車設(shè)置，其柱間的支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)該設(shè)置在溫度區(qū)段的中部。但是需要注意的是，若溫度區(qū)段相對(duì)較長，柱間支撐結(jié)構(gòu)最佳設(shè)置位置是三分點(diǎn)部位，同時(shí)柱子與柱子之間的間距要小于60米。除此之外，要根據(jù)豎向的懸臂桁架設(shè)置并確定柱間的支撐內(nèi)力，以保障柱間支撐的力度符合強(qiáng)度要求。

四、結(jié)語

當(dāng)前，在工業(yè)建筑領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用了門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系。即便如此，相關(guān)單位還應(yīng)該重視對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，以保障門式剛架的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度與安全程度符合國家標(biāo)準(zhǔn)。具體的設(shè)計(jì)要求為：設(shè)計(jì)、施工人員應(yīng)結(jié)合門式剛架建造的具體環(huán)境及其弄能要求等，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)募庸淘O(shè)計(jì)技術(shù)，保障門式剛架輕型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

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