袁 霞

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范》的變化及算例分析

袁 霞

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

門式剛架輕型結構房屋是鋼結構建筑中應用相當廣泛的一種結構式。近年來隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，結構安全性就顯得越來越重要，另外一些相關的結構規(guī)范也已經(jīng)相繼改版?！堕T式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102:2002(以下簡稱《門剛規(guī)程》)已經(jīng)顯得落后于社會的發(fā)展，為適應這些相應的需求，新的《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范》GB51022-2015(以下簡稱《門剛規(guī)范》)于2016年8月份正式實施?！堕T剛規(guī)范》相較于《門剛規(guī)程》來說不單是從規(guī)程提高為規(guī)范，在內(nèi)容上也做很大的改動，文中將從多個方面來介紹《門剛規(guī)范》的變化，并通過算例進行分析，以方便設計人員熟練使用新的規(guī)范。

《門剛規(guī)范》；抗震設計；構件設計

0 引言

門式剛架輕型結構房屋是鋼結構建筑中應用相當廣泛的一種結構式。它是用輕型焊接H形鋼(等截面或變截面)、熱軋H形鋼(等截面)或冷彎薄壁型鋼等構成的實腹門式剛架或格構式門式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼等作檁條、墻梁；以壓型金屬板(壓型鋼板、壓型鋁板)做屋面及墻面，并適當設置支撐的一種輕型房屋結構體系[5]。

門式剛架輕型結構體系在國內(nèi)外應用極為廣泛，最早始于美國，日本和歐洲門式剛架輕型結構體系的應用也較多。由于該結構形式具有許多其它結構所不具備的優(yōu)點，而且經(jīng)濟效益十分顯著，因此這種結構形式在國外一經(jīng)推出就得到了廣泛應用。

我國門式剛架結構體系起步較晚，最初是在引進國外相關材料和軟件的基礎上發(fā)展起來的。由于我國多年來一直從節(jié)約鋼材和資金的角度出發(fā)，對建筑鋼結構采取限制使用的政策，因此門式剛架結構體系未得到長足的發(fā)展，無論是設計水平，還是施工水平，與國外相比，都有較大的差距[6]。近年來隨著我國鋼材產(chǎn)量的增加和焊接H型鋼的出現(xiàn)，壓型鋼板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼的大批量生產(chǎn)，特別是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》(CECS 102：98)的頒布實施，門式剛架輕型房屋鋼結構在我國大量涌現(xiàn)，門式剛架輕型結構體系得到了較為廣泛的應用，推動了該種結構體系在我國的設計、成型一體化進程。隨著社會的發(fā)展，《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》[1]于2001年進行了修訂，并于2015年發(fā)布了《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范》(GB51022-2015)[2]，《門剛規(guī)范》與《門剛規(guī)程》相比有較大的改動，本文將從以下五個方面并結合實例對不同之處進行描述，以方便設計人員熟練使用新的規(guī)范，并為以往工程的較核提供依據(jù)。

1 《門剛規(guī)范》與《門剛規(guī)程》對比及算例

1.1 鋼材設計指標

《門剛規(guī)范》中對鋼材厚度更加的細分：從小于16mm厚里分出6mm厚；另外強度根據(jù)板厚也有所調整，還新增加了LQ550型鋼材(僅用于屋面及墻面板)。如下表1所示。

表1 鋼材設計指標對比

上表中僅給出新規(guī)范變化處與原規(guī)程中的差別，從中可以看出新規(guī)范中對材料設計強度值有一定程度的降低，使得結構的安全度進一步提高。

1.2 門式剛架結構的適用范圍的變化

新版《門剛規(guī)范》[2]中對適用范圍有了一定的調整，包括跨度、檐口高度及圍護墻體，如下表2所示。

表2 適用范圍對比

1.3.1 承載力調整系數(shù)變化

在新的《門剛規(guī)范》[2]中抗震調整系數(shù)相較于《門剛規(guī)程》[1]有所上調如下表3所示。從表中可以看出，新規(guī)范在強度計算上由0.75提高到了0.85，而穩(wěn)定則是從0.75提高到了0.9，地震組合驗算時，結構抗力會有所降低，這對于地震作用控制的結構會帶來一定的影響。

表3 抗震調整系數(shù)對比

1.3.2 抗震構造措施

《門剛規(guī)范》[2]與《門剛規(guī)程》[1]相比增加了抗震構造措施的要求，有以下五條：

(2)在檐口或中柱的兩側三個檁距范圍內(nèi)，每道檁條處屋面梁均應布置雙側隅撐；邊柱的檐口墻檁處應雙側設置隅撐；

以云服務需求企業(yè)的期望為參照點，依據(jù)式(2)～式(5)將云服務需求企業(yè)給出的偏好信息轉化為相對于參照點的收益或損失，構建云服務需求企業(yè)的損益矩陣

(3)當柱腳剛接時，錨栓的面積不應小于柱子截面積的0.15倍；

(4)縱向支撐采用圓鋼或鋼索時，支撐與柱子腹板的連接應采用不能相對滑動的連接；

(5)柱的長細比不應大于150。

1.3.3 抗震控制時構件局部穩(wěn)定算例分析

某工程為單跨門式鋼架，跨度24 m，柱距6 m，無吊車，檐口高度7.5 m?？拐鹪O防烈度為7度，設計地震加速度值為0.1 g，設計地震分組為第二組，場地類別:Ⅱ類?；撅L壓：0.3 KN/m2基本雪壓：0.35 KN/m2(n=100年)，計算模型如下圖1所示。該工程按《門剛規(guī)范》[2]與《門剛規(guī)程》[1]種計算方法上，在抗震控制時，構件局部穩(wěn)定的變化如圖2下加下劃線文字所示。

從圖2計算結果看出，新規(guī)范計算結果在考慮屈曲后的應力比及平面內(nèi)穩(wěn)定應力比等幾項都比按門剛規(guī)程計算的結果要大， 說明新的《門剛規(guī)范》[2]在抗震方面的要求比規(guī)程要求更加嚴格。

圖2 抗震控制時構件局部穩(wěn)定計算結果對比

1.4 風荷載及雪荷載計算方面的對比

《建筑結構荷載規(guī)范》(50009-2012) [3]規(guī)定，對風荷載比較敏感的結構，基本風壓應適當提高，門式輕型鋼結構屬于風荷載比較敏感的結構，因此新《門剛規(guī)范》[2]風荷載的計算方面有較大的修改。另外《建筑結構荷載規(guī)范》[3]中規(guī)定，對于雪荷載敏感的結構，應采用100年重現(xiàn)期的雪壓，門式輕型鋼結構屋蓋較輕，屬于對雪荷載敏感的結構，極端雪荷載作用下容易造成結構整體破壞，后果特別嚴重，因此新規(guī)范規(guī)定設計門式輕型鋼結構房屋時應按100年重現(xiàn)期的雪壓采用。另外對于高低跨屋面也做了說明，下表4為新規(guī)范與舊規(guī)程的差別。

表4 風荷載與雪荷載計算對比

1.5 構件設計方面對比

1.5.1 剛架構件

剛架構件在新《門剛規(guī)范》[2]取消了腹板變化不超過每米60 mm的限制，增加了楔率折減系數(shù)χtap，受剪承載力設計值計算公式有所變化；另外在計算腹板有效寬度時有效寬度系數(shù)ρ的計算公式也有一定的變化，見下表5所示。

表5 剛架構件計算方面對比

1.5.2 構件抗剪承載能力算例分析

工程同上述工程，通過調整剛架柱的楔率變化個來對比《門剛規(guī)程》[1]《門剛規(guī)范》[2]構件抗剪承載能力方面的差異。表6為計算結果，從表格的計算結果對比中可以看出《門剛規(guī)范》[2]d有減小的趨勢，特別是第三個構件，由于大小端高度差異較大，楔率折減系數(shù)對抗剪承載力的影響就比較大，總體來說新的《門剛規(guī)范》[2]算出的抗剪承載力普遍減小。

表6 構件抗剪承載能力計算結果對比

1.5.3 檁條與墻梁設計對比

《門剛規(guī)范》[2]維護構件的設計上變化也是比較大的，首先風壓的調整系數(shù)規(guī)范規(guī)定按1.5取值，另外在風荷載系數(shù)上也有一定的變化，在檁條的強度計算方面，公式改為按平行軸考慮，同時增加了抗剪承載力驗算。詳見表7所示。

表7 構件抗剪承載能力計算結果對比

1.5.4 檁條設計計算結果對比分析

按照下述工程條件對比多個簡支檁條在強度和穩(wěn)定上的差異：自重：0.3 KN/m2，活荷載：0.5 KN/m2，基本風壓：0.4 KN/m2，跨度：6 m，檁條間距：1.5 m，屋面角度：5.711°，風吸：-1.16，風壓：0.38。表8和表9分別為不同截面檁條在計算結果方面的對比分析。

表8 平行軸和主慣性軸一致的截面計算結果對比

表9 平行軸和主慣性軸不一致的截面計算結果對比

從上面表8中可以看出對于平行軸和主慣性軸一致的截面，新《門剛規(guī)范》無論是在強度還是穩(wěn)定方面，在常見的情況下都會增大。對于平行軸和主慣性軸不一致的截面，從表9中的計算結果來看《門剛規(guī)范》在基本風壓較小的情況下算得的強度應力反而會有所下降，但是對于較大的風壓(>0.5)時，新規(guī)范就會更大；穩(wěn)定應力方面，在一般情況下《門剛規(guī)范》始終都都會增大，因此在設計的過程中應該注意。

2 結語

從上述五個方面可以看出，新的《門剛規(guī)范》與門剛規(guī)程相比，適用范圍更廣，但在設計、構造方面要求更加嚴格，從而使結構更加安全合理。文中僅列出了規(guī)范的部分變化，對于支撐的布置方案及設計方法、連接和節(jié)點設計、夾層的結構形式、運輸和安裝等方面文中并未提及，需要設計人員在設計過程中多加注意。

[1] 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程.中國標準書號CECS102:2002[S].北京: 中國計劃出版社, 2003.

[2] 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范.中國標準書號GB51022-2015[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3] 建筑結構荷載規(guī)范.中國標準書號GB50009-2012[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4] 建筑抗震設計規(guī)范.中國標準書號GB50011-2001[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[5] 陳紹蕃. 鋼結構-房屋建筑鋼結構設計 [M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[6] 李一凡,劉福勝,孫勇. 門式剛架輕型結構房屋的發(fā)展現(xiàn)狀[J].鋼結構， 2006，21(2):1-4.

[7] 時慶偉.門式剛架輕型鋼結構優(yōu)化設計研究[D].沈陽：沈陽建筑大學, 2010：1-8.

[8] 馮建霖. 門式剛架輕型鋼結構優(yōu)化設計研究[D].西安：西安建筑科技大學,2009:1-12.

TheChangeofTechnicalcodeforsteelstructureoflight-weightbuildingwithgabledframeandItsExampleAnalysis

YUAN Xia

(ChinaNonferrousMetalsProcessingTechnologyCo.Ltd,Luoyang, 471039,China)

The light-weight structure of gabled frames is a widely used structural type in steel structures. In recent years, with the improvement of our country economy, the safety of structure is more and more important and other related structural codes have revised one by one.Technicalspecificationforsteelstructureoflight-weightbuildingwithgabledframeCECS102:2002 (hereinafter referred to asSpecificationofgabledframe) is behind the development of society, for adapt to the corresponding demand, theTechnicalcodeforsteelstructureoflight-weightbuildingwithgabledframeGB51022-2015 (hereinafter referred to asCodeofgabledframe) was formally implemented in 2016 August. TheCodeofgabledframecompared to theSpecificationofgabledframe, it is not only from the specification to improve the code, also do great changes in the content. In this paper, the change ofCodeofgabledframeat many aspects will be introduced and explains through examples, in order to facilitate the designer skilled in the use of the new code.

Codeofgabledframe; seismic design; component design

2017-07-23

袁霞(1988-)，女，河南開封人，碩士，中色科技股份有限公司工程師，研究方向：鋼結構廠房設計。E-mail:yuanxiade1@126.com

TU392.5

A

1672-7169(2017)04-0075-07