陳延軍

摘要：在建筑結(jié)構設計中，輕型鋼門式鋼架的設計是比較常見的，但是，其設計并不是十分的容易。如何進行輕型鋼門式結(jié)構的設計是我們進行設計時首要考慮的問題。下面本人就通過近幾年從事門式剛架設計的實踐和體會，總結(jié)出在門式剛架設計中經(jīng)常出現(xiàn)的幾個應該注意的問題，供大家在設計門式剛架時參考。

關鍵詞：輕鋼，門式剛架，剛架設計

前 ?言

輕型鋼門式結(jié)構設計對于建筑工程鋼結(jié)構設計來說具有十分重要的作用，對于鋼結(jié)構設計的發(fā)展也是具有重大意義的，因此我們應該加強對于輕型鋼門式結(jié)構設計的探討。下面筆者就通過自己的研究和工作經(jīng)驗對于輕型鋼結(jié)構門式鋼架的設計進行分析。

一、柱腳設計

門式剛架柱腳形式有兩種：即鉸接柱腳和剛接柱腳。對于鉸接柱腳，基礎僅受軸心荷載作用，設計相對比較簡單。但大部分門式剛架廠房都有吊車，有較大吊車的房屋，柱頂位移較大，柱腳采用剛接，使得每榀剛架形成超靜定結(jié)構，不但能減小柱頂位移而且具有更大的安全儲備。對于高寬比和風荷載較大的無吊車門剛結(jié)構，柱腳也宜設計成剛接。同時當柱底板與混凝土基礎間的摩阻力不足以抵抗全部的水平剪力時柱腳還應設置抗剪鍵，抗剪鍵的設置需要計算。在基礎施工時應留置鍵槽，鍵槽每側(cè)寬出抗剪鍵不小于30 mm，底部空隙高度不小于20mm。在柱腳底板和基礎頂面之間留有一定空間，柱腳鉸接時不易大于50 mm，柱腳剛接時不易大于100 mm。

二、輕型鋼門式結(jié)構的優(yōu)化設計

1.合理跨度的確定

在設計中，應該根據(jù)具體房屋的高度來確定合理的跨度，總體來說，當荷載和柱高一定時，我們在設計中就應適當加大房屋的跨度，這樣一來，剛架的用鋼量整體增加不明顯，但卻很大程度上節(jié)省了空間?！闱闆r下，當柱高、荷載一定時，適當加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節(jié)省空間，基礎造價低，綜合效益較為可觀。因此，設計者應根據(jù)具體要求在選擇方案時選擇較為經(jīng)濟的跨度，不宜盲目追求大跨度。

2.剛架最優(yōu)柱距的確定

剛架的柱距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關。隨著剛架柱距的增大，剛架用鋼量是逐步下降的，但當柱距增大到一定的數(shù)值后，剛架的用鋼量隨著柱距的增大其下降的幅度較為平緩，而其他如檁條、墻梁的用鋼量隨著柱距的增大而增加，就房屋的總用鋼量而言，隨著柱距的增大先下降后上升。大量計算數(shù)據(jù)表明：一般情況下，門式剛架的最優(yōu)柱距為6—9 m，柱距不易超過9 m，超過9m時，屋面檁條與墻梁體系的用鋼量增加太多，綜合造價并不經(jīng)濟。因此，從綜合分析的角度看，確定合理的柱距才能既節(jié)省鋼材，又使設計真正做到定型化、專門化、標準化以及輕型化，從而推動門式剛架輕型房屋結(jié)構體系在我國的發(fā)展。

3.確定科學的結(jié)構力學模型

輕型門式剛架的形式多種多樣，柱腳和基礎通常做成鉸接，多跨剛架的中柱多采用搖擺柱。但當柱高度較大時，為控制風荷載作用下的柱頂位移值，柱腳宜做成剛接，多跨剛架的中柱與橫梁的連接也宜采用剛接，多跨剛架宜做成多坡，較為節(jié)省鋼材。門式剛架一般采用實腹式變截面梁和柱來適應彎矩變化以達到節(jié)約鋼材的目的。除腹板高度變化外，厚度也可根據(jù)需要變化。

上下翼緣可用不同截面;相鄰單元的翼緣也可采用不同截面。因此，影響整個鋼架用鋼量的因素有上翼緣的寬度、厚度;下翼緣的寬度、厚度;腹板的厚度;構件大頭、小頭的高度;而且這些因素之間也互相影響?；ハ嗖华毩?。柱通常為楔形桿件，楔形柱的最大截面高度取最小截面高度的2—3倍為最優(yōu)截面。

三、實例分析

某省選煤設計研究院運用門式框架技術為該省一選煤廠設計了新的選煤主體建筑一 主廠房使用外部門式框架，內(nèi)部塊式框架結(jié)構，保溫的雙層壓型墻面，具有極好的采光通風作用。

1.梁柱節(jié)點設計：梁柱節(jié)點形式見圖1

圖1 ? 節(jié)點設計圖

連接處選用如下組合內(nèi)力值：

[M=-335.33KN?M，N=-64.30KN（使螺栓受壓），Q=115.40KN]

[采用摩擦型高強螺栓，采用10.9級M24螺栓，預壓力P=225kN，摩擦面采用噴砂的處理方法，摩擦系數(shù)μ=0.45，螺栓承受拉力為：第一排：N1=My1∑y2i-Nn=335.33×0.3724×（0.1322+0.2122+0.3722）-64.3010=155.37-6.43=148.94kN第二排：N2=My2∑y2i-Nn=335.33×0.2124×（0.1322+0.2122+0.3722）-64.3010=88.54-6.43=82.11kN第三排：N3=My3∑y2i-Nn=335.33×0.1324×（0.1322+0.2122+0.3722）-64.3010=55.13-6.43=48.70kN ? ?，其抗拉承載力為： ? ?[Nbt]=0.8P=0.8×225=180kNNbt=πd2e×fbt/4=π×21.182×500/4=176.2kN>148.94kN，滿足要求。 ? ?螺栓群的抗剪力（M24螺栓）（下面三排不計外加壓力，只考慮預壓力） ? ?Vb=∑0.9μμf（P-1.25Nt）=2[0.9×0.45×（225-1.25×148.94）+0.9×0.45× ? ? ? ?（225-1.25×82.11）+0.9×0.45×（225-1.25×48.70）+0.9×0.45×225×6] ? ? ?=810.26kN>115.40kN]

2.梁節(jié)點設計圖如下：

連接處選用如下組合內(nèi)力值：

[M=246.78KN?M，N=-57.82KN（使螺栓受壓），Q=5.79KN]

[采用摩擦型高強螺栓，采用10.9級M24螺栓，預壓力P=225kN，摩擦面采用噴砂的處理方法，摩擦系數(shù)μ=0.45，螺栓承受拉力為：第一排：N1=My1∑y2i-Nn=246.78×0.3724×（0.2122+0.3722）-57.828=125.17-7.23=119.94kN第二排：N2=My2∑y2i-Nn=246.78×0.2124×（0.2122+0.3722）-57.828=71.34-7.23=64.11kN ? ?其抗拉承載力為： ? ?[Nbt]=0.8P=0.8×225=180kNNbt=πd2e×fbt/4=π×21.182×500/4=176.2kN>119.94kN，滿足要求。 ? ?螺栓群的抗剪力（M24螺栓）（下面二排不計外加壓力，只考慮預壓力） ? ?Vb=∑0.9μμf（P-1.25Nt）=2[0.9×0.45×（225-1.25×119.94）+0.9×0.45× ? ? ? ?（225-1.25×64.11）+0.9×0.45×225×4] ? ? ?=542.65kN>5.79kN]

[端板厚確定：第一排螺栓端板厚 ：t≥6efNtbf =6×68×119.94×103400×205=24.4mm，第二排螺栓端板厚 ：t≥6efewNt[ewb+2ef（ef+ew）]f ?=6×68×97×64.11×103[97×400+2×68×（68+97）]×205=14.2mm，采用端板厚t=26mm。端部腹板設置加勁肋，加強腹板強度，詳見施工圖]

四、結(jié)束語

輕型鋼門式鋼架結(jié)構在建筑結(jié)構設計中是普遍存在的，因為這種結(jié)構設計具有很強的優(yōu)勢，是其他一些建筑結(jié)構設計所無法比擬的。但是這種鋼結(jié)構設計在目前還不是很成熟，在建筑工程中的應用不是很好。因此，為了更大范圍的發(fā)揮這種結(jié)構設計的優(yōu)勢，確保這種鋼結(jié)構設計的質(zhì)量，我們就需要對該種鋼結(jié)構設計進行分析，克服在輕型鋼門式結(jié)構設計中存在的問題，掌握其設計技術，使輕型鋼門式結(jié)構設計得到更大的發(fā)展。

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