任峰

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)廠房越來越多的應(yīng)用在工業(yè)建筑中，尤其是一些重型廠房的建設(shè)，受到混凝土結(jié)構(gòu)性能的限制，更多地采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有質(zhì)量輕，剛度大，抗震性能好，建造速度快，工廠化程度高，環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，鋼管混凝土柱更是充分發(fā)揮了鋼材受拉混凝土受壓的優(yōu)勢(shì)，大大提高了剛架的承載能力和側(cè)向剛度，使結(jié)構(gòu)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：門式；剛架；鋼結(jié)構(gòu)；廠房；設(shè)計(jì)；分析

1 門式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)起源于美國，經(jīng)歷了近百年的發(fā)展，目前已成為設(shè)計(jì)、制作與施工標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)完善的一種結(jié)構(gòu)體系。作為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系之一，門式剛架結(jié)構(gòu)主要包括剛架梁、剛架柱、支撐、屋蓋體系和山墻骨架等。門式剛架結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單、傳力路徑明確、構(gòu)件制作快捷、施工技術(shù)成熟、施工周期短。因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)及文化娛樂公共設(shè)施等工業(yè)與民用建筑中。

門式剛架結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)今輕型化建筑結(jié)構(gòu)的主要形式。它能夠有效地利用材料，其構(gòu)件尺寸小，重量輕，可以在工廠進(jìn)行批量生產(chǎn)，能夠保證質(zhì)量，在工地安裝連接方便快捷，柱網(wǎng)尺寸布置自由靈活、能滿足不同氣候環(huán)境條件下的施工和使用要求。其優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)效益是不言而喻的。在鋼結(jié)構(gòu)廠房中，帶吊車門式剛架結(jié)構(gòu)廠房具有上述特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房中。

2 門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 柱間支撐的設(shè)計(jì)

支撐系統(tǒng)對(duì)剛架結(jié)構(gòu)具有十分重要的作用，支撐的布置、截面形式既要滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，也要滿足工藝生產(chǎn)流程的要求。

柱間支撐的布置應(yīng)遵循《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）的規(guī)定，柱間支撐形式宜采用交叉式，也可以根據(jù)具體條件采用人字形。如工藝要求考慮柱間交通或設(shè)備布置以及柱距較大時(shí)，可采用門架式支撐。

交叉式支撐的斜桿與水平面的交角宜取35～55度，且不宜大于55度。

柱間支撐承受水平力作用，包括風(fēng)荷載、吊車縱向水平荷載、作用在廠房結(jié)構(gòu)上的其他水平荷載以及抗震設(shè)計(jì)時(shí)廠房地震作用。各種水平荷載均按集中力作用在支撐節(jié)點(diǎn)上考慮。

（4）當(dāng)廠房結(jié)構(gòu)單元的縱向長(zhǎng)度大于規(guī)定的伸縮縫最大間距的規(guī)定時(shí)，尚應(yīng)考慮季節(jié)溫度變化引起的溫度作用。

柱間支撐的連接應(yīng)滿足以下規(guī)定：

支撐桿件之間相交連接點(diǎn)以及支撐與柱的連接點(diǎn)應(yīng)設(shè)置節(jié)點(diǎn)板，節(jié)點(diǎn)板的厚度根據(jù)計(jì)算確定，但不可小于10mm。

（2）支撐桿與交叉點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的連接應(yīng)采用焊接，與端部節(jié)點(diǎn)板的連接宜采用焊接，也可以采用高強(qiáng)螺栓連接。

（3）柱間支撐節(jié)點(diǎn)連接焊縫及柱內(nèi)預(yù)埋件的承載力應(yīng)大于支撐桿件的承載力，一般情況下，節(jié)點(diǎn)連接焊縫及柱內(nèi)預(yù)埋件計(jì)算的作用力設(shè)計(jì)值取支撐桿件全截面抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。對(duì)于單角鋼交叉式支撐桿，其端部的連接計(jì)算應(yīng)計(jì)入強(qiáng)度折減，強(qiáng)度折減系數(shù)系按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）的規(guī)定采用。

（4）交叉式支撐桿有一根在交叉點(diǎn)中斷時(shí)，交叉節(jié)點(diǎn)板應(yīng)予加強(qiáng)，其承載力不小于支撐桿件承載力的1.1倍。

（5）支撐桿件的截面應(yīng)力比不宜大于0.75。

（6）柱間支撐節(jié)點(diǎn)板與鋼筋混凝土柱預(yù)埋件的連接以及與鋼柱的連接應(yīng)采用焊接。

（7）柱間支撐與構(gòu)件連接不應(yīng)小于支撐桿件塑性承載力的1.2倍。

2.2 屋蓋支撐的設(shè)計(jì)

（1）屋蓋上下弦水平橫向支撐承受風(fēng)荷載、懸掛吊車水平荷載和地震作用。傳遞給縱向柱列。同一廠房結(jié)構(gòu)單元由屋蓋承受的水平荷載和地震作用，由該結(jié)構(gòu)單元所有的橫向水平支撐共同承受。

（2）橫向水平支撐可采用交叉腹桿桁架形式。

（3）橫向水平支撐在水平荷載和地震作用下，桿件內(nèi)力按水平桁架進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的交叉斜腹桿按一根受拉，另外一根為零桿考慮。

支撐桿件和連接構(gòu)造應(yīng)滿足下列要求：

支撐和系桿桿件宜采用型鋼。壓桿宜采用雙角鋼組成的十字形或T形截面；拉桿可采用單角鋼。

（2）支撐桿件之間以及支撐（系桿）與屋架應(yīng)采用節(jié)點(diǎn)板連接，節(jié)點(diǎn)板的厚度一般采用6～8mm。支撐（系桿）與屋架采用螺栓連接時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)不應(yīng)少于兩個(gè)螺栓，直徑不小于16mm。

3 鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)過程中需要注意的問題

1）鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)布局在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)著重結(jié)構(gòu)的空間整體性和各種水平荷載的傳遞路線的連續(xù)性。屋蓋支撐，柱間支撐及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的布置必須合理，以保障廠房的縱橫向穩(wěn)定和剛度，滿足強(qiáng)度和變形的要求。

2）對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)廠房，要嚴(yán)格控制節(jié)點(diǎn)位移，尤其要保證柱頂及吊車梁頂面處的位移量。相對(duì)而言，在保證吊車設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，鋼梁的撓度可適當(dāng)放寬，有時(shí)為達(dá)到節(jié)約鋼材量的目的，可通過預(yù)先起拱等施工技術(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3）在剛架的整體計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮吊車橋架引起的地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

4）支撐桿件除抵抗風(fēng)荷載，吊車荷載及與支撐平面平行的各種荷載外，還應(yīng)滿足穩(wěn)定性及長(zhǎng)細(xì)比等的要求，同時(shí)還必須具有一定的抗側(cè)傾剛度。

5）目前對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法是以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。但此種方法在設(shè)計(jì)中存在一定的缺陷。

（1）結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算模式與構(gòu)件承載力計(jì)算模式不一致；（2）結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)的計(jì)算模式與實(shí)際失穩(wěn)狀態(tài)不一致；（3）不同結(jié)構(gòu)整體承載力極限狀態(tài)可靠度水平不一致；（4）現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)體系的破壞模式和極限承載力。因此在設(shè)計(jì)過程中，構(gòu)件的尺寸不能僅僅滿足計(jì)算的要求，更應(yīng)該符合構(gòu)造的要求，概念設(shè)計(jì)更重要。

總而言之，隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)要求也會(huì)越來越高，規(guī)模越來越大。因此在現(xiàn)有理論和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)繼續(xù)不斷完善和創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)

[1]彭英.門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)相關(guān)問題探討[J].中華民居，2011，S1：14-16.

[2]王鋒.門式剛架鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工質(zhì)量控制[J].科技展望，2015，22：147.

[3]魏潔.門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房加固改造在工程中的應(yīng)用[J].四川建筑，2012，05：149-150.

[4]張建紅.關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考[J].城市建筑，2012，17：55+59.