李素華

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化水平的提高，越來(lái)越多的工業(yè)建筑采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是大跨度結(jié)構(gòu)和輕鋼屋面結(jié)構(gòu)，在滿足使用和工藝要求的前提下，用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要比用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)更大。

一、工程概況和結(jié)構(gòu)方案

本工程為三聯(lián)跨（24.0m+24.0m+18.0m）全鋼輕型門式剛架結(jié)構(gòu)廠房，用于一般汽車零部件機(jī)械加工。門式剛架的間距，即柱網(wǎng)軸線在縱向的距離為9.0m，共有24榀門式剛架，雙坡屋面，其坡度為1/20，屋脊高度為14.15m，屋檐高度12.5m，女兒墻高0.7m；每跨為2臺(tái)10T電動(dòng)雙梁吊車，軌頂標(biāo)高為9.0m；屋面要考慮太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置的荷載，其荷載按0.2 kN /m2考慮，屋面不考慮積灰荷載和其它附加吊掛荷載；屋面外板采用0.6mm厚360度卷邊鍍鋁鋅板，中間用100mm厚優(yōu)質(zhì)粉紅色離心玻璃棉卷氈（在24℃環(huán)境下容重約16kg/m3），外墻外板采用50mm厚聚氨酯夾芯板，屋面內(nèi)板和外墻內(nèi)板均用0.5mm厚鍍鋁鋅壓型鋼板做襯板。

二、一般門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點(diǎn)和荷載取值

一般門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)廠房，具有受力簡(jiǎn)單、傳力路徑明確、構(gòu)件制作快捷、便于工廠化加工、施工周期短等特點(diǎn)；門式剛架可按二維平面剛架模型去計(jì)算。根據(jù)本文的重點(diǎn)講解和結(jié)合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，僅對(duì)計(jì)算中間跨一榀門式剛架需要的荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

屋面恒荷載：0.3kN/m2（指屋面圍護(hù)構(gòu)件檁條、支撐、拉條等屋面次構(gòu)件自重），太陽(yáng)能按恒荷載：0.2kN/m2，合計(jì)輕鋼屋面恒荷載取0.5kN/m2。

屋面活荷載：根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB 51022-2015）（以下簡(jiǎn)稱《門剛規(guī)范》）4.1.3條的規(guī)定：對(duì)承受荷載水平投影面積大于60m2的剛架構(gòu)件，屋面豎向均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可取不小于0.30 kN/m2，故對(duì)于剛架計(jì)算，屋面活荷載?。?.3 kN/m2。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）（以下簡(jiǎn)稱《荷載規(guī)范》）7.1.2條及條文說(shuō)明、續(xù)表E.5的規(guī)定：對(duì)雪荷載敏感的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用100年重現(xiàn)期的雪壓，湖北省老河口市取基本雪壓：0.4 kN/m2（100年一遇），同時(shí)取基本風(fēng)壓：0.3 kN/m2（50年一遇）；根據(jù)《門剛規(guī)范》4.3.1條規(guī)定：基本雪壓按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《荷載規(guī)范》規(guī)定的100年重現(xiàn)期的雪壓采用，故取基本雪壓：0.4 kN/m2（100年一遇），轉(zhuǎn)化為剛架梁線荷載：0.4 x9=3.6 kN/m（考慮均勻分布的情況）。若根據(jù)《門剛規(guī)范》表4.3.2的規(guī)定：對(duì)于單跨雙坡屋面要考慮不均勻分布的情況，沒(méi)有屋面坡度限值，即一半跨為0.75，轉(zhuǎn)化為剛架梁線荷載：0.75x0.4x9=2.7kN/m，另一半跨為1.25，轉(zhuǎn)化為剛架梁線荷載：1.25x0.4x9=4.5 kN/m，而《荷載規(guī)范》表7.2.1規(guī)定：?jiǎn)慰珉p坡屋面僅當(dāng)坡度在20～30度范圍時(shí)，可采用不均勻分布情況，這與《門剛規(guī)范》表4.3.2有沖突。對(duì)于多跨一個(gè)雙坡屋面沒(méi)有明確規(guī)定是否考慮雪荷載不均勻分布的情況，為了更好地了解雪荷載分布對(duì)門式剛架用鋼量的影響，本文第一個(gè)計(jì)算模型僅考慮了雪荷載均勻分布的情況，第二個(gè)計(jì)算模型考慮了雪荷載均勻分布的情況和不均勻分布的情況，其它荷載、參數(shù)都一樣，分別進(jìn)行了兩種計(jì)算模型計(jì)算與分析。

屋面活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，在計(jì)算軟件PKPM中活荷載工況中定義為互斥荷載。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016年版）附錄A.0.15的規(guī)定：老河口市抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。根據(jù)本工程的地勘報(bào)告可知場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地土類型為中軟場(chǎng)地土，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，地面粗糙度為B類。

三、計(jì)算軟件PKPM --STS（2010年V3.2版）的設(shè)計(jì)計(jì)算與分析

根據(jù)《門剛規(guī)范》1.0.2條規(guī)定：本規(guī)范適用于房屋高度不大于18m，房屋高寬比小于1，承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實(shí)腹門式剛架、具有輕型屋蓋、無(wú)橋式吊車或由起重量不大于20t的A1～A5工作級(jí)別橋式吊車的單層鋼結(jié)構(gòu)房屋；又根據(jù)《門剛規(guī)范》5.2.2條規(guī)定：門式剛架的單跨跨度宜為12m～48m，門式剛架的間距宜為6m～9m；又根據(jù)《門剛規(guī)范》5.2.3條規(guī)定：門式剛架輕型房屋的屋面坡度宜取1/8～1/20；又根據(jù)《門剛規(guī)范》5.2.4條規(guī)定：門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段長(zhǎng)度：1.縱向溫度區(qū)段不宜大于300m；2.橫向溫度區(qū)段不宜大于150m。結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，均符合《門剛規(guī)范》有關(guān)規(guī)定。

計(jì)算軟件按PKPM- STS（2010年V3.2版）二維門式剛架模塊設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)類型按“門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)”，設(shè)計(jì)規(guī)范按《門剛規(guī)范》計(jì)算，其它主要參數(shù)按相應(yīng)規(guī)范取值，注意：屋面活荷載要考慮不利布置情況，雪荷載按一次加載。

第一個(gè)計(jì)算模型僅考慮了雪荷載均勻分布的情況，配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖見(jiàn)圖1，此模型用鋼量統(tǒng)計(jì)：所有鋼柱的總重量 (kg)= 4801，所有鋼梁的總重量 (kg)=3999，鋼梁與鋼柱重量之和 (kg)= 4801+3999=8800。

圖1

第二個(gè)計(jì)算模型考慮了雪荷載均勻分布的情況和不均勻分布的情況，配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖見(jiàn)圖2，此模型用鋼量統(tǒng)計(jì)：所有鋼柱的總重量 (kg)= 4844，所有鋼梁的總重量 (kg)= 4275，鋼梁與鋼柱重量之和 (kg)=4844+4275=9119。

圖2

兩個(gè)計(jì)算模型相比，第二個(gè)計(jì)算模型比第一個(gè)計(jì)算模型屋面雪荷載僅多考慮了不均勻分布的情況，其它荷載、參數(shù)都一樣，結(jié)果兩榀剛架用鋼量相差：9119-8800=319 kg，如果本工程僅對(duì)24榀門式剛架用鋼量統(tǒng)計(jì)，即24x319=7656 kg，兩者相差7656 kg鋼材。

四、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)本工程的實(shí)際算例和結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，多跨一個(gè)雙坡屋面，如雪荷載比較大的話，如大于0.5kN/m2，屋面要考慮雪荷載不均勻分布的情況，如雪荷載不大的話，屋面可以不考慮雪荷載不均勻分布的情況；另外，屋面安裝了太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置，門式剛架斜梁的構(gòu)件撓度限值按L/180還是L/240控制？這些需要設(shè)計(jì)人員注意和自行考慮。