文/白穎 廊坊新奧泛能網(wǎng)絡(luò)科技服務(wù)有限公司 河北廊坊 065000

隨著當(dāng)前建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)越來越多的應(yīng)用于建筑之中，在鋼結(jié)構(gòu)之中，門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)尤為出色。目前,輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房以其外形美觀，施工進度快且綜合造價低等優(yōu)勢，門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房中廣泛使用。隨著門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工技術(shù)的日益成熟，其在工業(yè)廠房中有廣闊應(yīng)用前景。設(shè)計師要與時俱進，掌握最新設(shè)計理念，設(shè)計出經(jīng)濟、合理、安全、環(huán)保的門式剛架結(jié)構(gòu)廠房。

1、門式剛架的結(jié)構(gòu)形式

門式剛架的結(jié)構(gòu)形式多種多樣。按構(gòu)件體系分，有實腹式與格構(gòu)式；實腹式剛架的橫截面一般為H型，少數(shù)為Z型；格構(gòu)式的橫截面為矩形或三角形；按橫截面組成分，有等截面與變截面。按結(jié)構(gòu)選材分，有普通型鋼、薄壁型鋼、鋼管或鋼板焊成。

2、門式剛架結(jié)構(gòu)的特點及基礎(chǔ)的受力特點

與傳統(tǒng)的單層廠房相比，這種結(jié)構(gòu)的特點有：便于拆遷，可用于臨時建筑，這是其突出的特征。屋面板采用壓型鋼板輕型屋面、由于屋面輕了，支承它的結(jié)構(gòu)也很輕。至于外墻，用磚墻對隔熱和降低造價有利，但對結(jié)構(gòu)的側(cè)移要求較嚴(yán)，外觀也較差，因此還是用鋼墻板者居多。剛架可采用變截面，截面與彎矩成正比。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，充分做到材盡其用。剛架的腹板可按有效寬度設(shè)計，允許失穩(wěn)并可利用屈曲后強度。這樣，腹板的高厚比可做得比按現(xiàn)行《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的大,即腹板厚度可比一般鋼構(gòu)件薄,可做得很輕便。由于構(gòu)件輕，支撐用張緊的圓鋼即可滿足要求，因腹板允許失穩(wěn)，可將支撐直接連在腹板上，省去很多節(jié)點板。

對門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房來說,以下因素往往決定了基礎(chǔ)的受力特點：廠房設(shè)有多臺吊車,有時吊車噸位較大,橫向水平位移較難控制,要求橫向柱腳剛接；縱向水平荷載由柱向支撐承受,故縱向柱腳多為鉸接。由于鋼結(jié)構(gòu)自振周期較長,而結(jié)構(gòu)自重較輕,水平地震作用相對較小,水平控制荷載多為風(fēng)荷載加吊車水平制動荷載。結(jié)構(gòu)重量輕,風(fēng)荷和吊車水平制動荷載相對較大,造成基礎(chǔ)偏心較大,一般最大偏心距可達1.5～2.5m左右。

3、門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)設(shè)計

3.1 基礎(chǔ)形式的選擇研究

由于以上受力特點及設(shè)計要求,對于有吊車的工業(yè)廠房,工程設(shè)計中通常采用剛性柱腳。該柱腳形式可以提高廠房整體剛度,從而減少側(cè)移。但這樣一來,基礎(chǔ)一般作用有較大彎矩,這個問題在門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系中尤為明顯。由于自重輕(如前所述),水平荷載與豎向荷載比較較大,在風(fēng)荷載及吊車荷載的共同作用下,廠房邊列柱底荷載偏心距較大。根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗,偏心距一般在1.0m左右,有時甚至達到1.5～2.5m。根據(jù)以上分析,按常規(guī)的單獨基礎(chǔ)設(shè)計,基礎(chǔ)的寬度將達到6～12m,這在實際工程中是難以接受的,通過研究分析,可以采用以下方法加以解決。

3.1.1 增加基礎(chǔ)壓重

對于剛接柱腳,基礎(chǔ)則要受到偏心荷載的作用,偏心距e為：

e=(M+V·h)/N+G,在柱腳內(nèi)力(M,N,V)和基礎(chǔ)形式(b,h)已確定的情況下,增加基礎(chǔ)壓重G是減少e的較好措施,實際工程中通常有兩種方法可以操作：廠房設(shè)底部加重墻,一般為粘土磚,并使其重量通過地基梁傳到基礎(chǔ)上。設(shè)墻高為H(一般為基礎(chǔ)頂面至窗臺的高度),厚為D,柱距為L,墻體磚容重為r,則每個基礎(chǔ)因此而增加的重量G′為：G′=(H·L·D·r)/2。

一般跨度L=6～9m,D=370～620mm,H=2.0～3.0m,r≈20kN/m3,可得G′=50～180kN,而N值的數(shù)量級在100～1000kN范圍變化?？梢?若能充分利用圍護墻重,不失為減少基礎(chǔ)偏心距的好辦法，但此法往往受墻體材料、墻高及建筑主面要求限制。

增加基礎(chǔ)埋置深度：增加基礎(chǔ)埋深對基礎(chǔ)設(shè)計來說,變化有兩個,其一使考慮深度修正后的地基承載力特征值fa增大,但這對受偏心矩控制的基礎(chǔ)來說無關(guān)緊要。其二是基礎(chǔ)底面以上壓重增大,這對降低偏心距e來說是有利的。實際工程設(shè)計中要通過增加基礎(chǔ)埋深來降低偏心矩可以有兩種做法,一是保持柱底標(biāo)高不變,即通過增加基礎(chǔ)高度h來實現(xiàn)。顯然用這種方法來增加G并非經(jīng)濟之舉,并且增加h同時會增大由柱腳水平剪力V引起的附加彎矩V·h。另一種做法是降低柱底標(biāo)高而使h不變,該方法使剛架柱長度加大,又會使柱腳的反力增加(特別是M值),同時使剛架用鋼量和基礎(chǔ)工程量增加。所以,通過增加基礎(chǔ)埋置深度來降低偏心矩e的做法,在e的一定范圍內(nèi)是有效的,在設(shè)計中要綜合考慮,全面衡量。

3.1.2 采用偏心基礎(chǔ)

此方法只適用于偏心矩e較小的情況下,此原理就是使基礎(chǔ)本身受力偏心,相當(dāng)于針對較大的M增加一個反向的彎矩M′=Ne′,使基礎(chǔ)滿足設(shè)計要求。此種基礎(chǔ)形式在工程設(shè)計中較少采用,一般若吊車噸位不太大,可以考慮采用柱下偏心基礎(chǔ)形式,但此時為保證基礎(chǔ)不致過分傾斜,基礎(chǔ)與基底土接觸不脫離,基礎(chǔ)底面偏心矩必須滿足：

式中：Mmax為單方向計算水平荷載時,邊柱柱腳處的最大彎矩值；Mmin為單方向計算水平荷載時,對應(yīng)柱腳處的最小彎矩值；N、V、G分別為相應(yīng)的軸力,剪力和壓重。偏心基礎(chǔ)一般可以減少基礎(chǔ)尺寸,但對噸位較大的吊車廠房該方法應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

3.1.3 采用樁基礎(chǔ)

對于大偏心距基礎(chǔ),當(dāng)采用以上方法不能解決時,在地基土允許的情況下可以考慮樁基礎(chǔ).常用的樁種類較多,除碎石樁、壓孔樁和灌注樁外,應(yīng)用較多的為預(yù)制鋼筋砼。但采用樁基不僅增加了設(shè)計施工的復(fù)雜性,而且造價往往較高。因此,此方法是門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)設(shè)計中最后不得已采用的基礎(chǔ)形式。

結(jié)語：

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用門式剛架結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)輕量化，使施工成本降低、施工效率提升、為施工質(zhì)量提供保證，使建筑結(jié)構(gòu)性能得到提高。為促進該結(jié)構(gòu)應(yīng)用水平的提升，面對其設(shè)計和應(yīng)用中存在的問題，需要對其進行深入分析，應(yīng)用合理方式以提高其設(shè)計水平，為鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。