門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

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摘要：門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就是成本低、施工時(shí)間短，目前門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、商業(yè)設(shè)施中。門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在發(fā)展的過(guò)程中還有很多問(wèn)題有待解決。文章通過(guò)分析選材、整體變形、柱間支撐等內(nèi)容深入研究門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，從中提出一些可行性建議，為以后的設(shè)計(jì)提供幫助。

關(guān)鍵詞：門(mén)式剛架；輕鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)是近幾年新出現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式，主要以等截面、變截面的焊接H型鋼為主，在現(xiàn)場(chǎng)用螺栓或焊接、拼接的門(mén)式剛架作為主要承重結(jié)構(gòu)，在加入一些門(mén)窗、零件等物件形成一套完整的建筑體系。門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)用戶的實(shí)際要求在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，不僅如此還能在工廠里面批量生產(chǎn)。

1屋面結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)

屋面恒載就是指屋面材料自身的重量，屋面恒載主要包括支撐系統(tǒng)和屋面板等。自重主要為0.02kN/m2，不同的屋面板和屋面構(gòu)造的材料自重差別比較大。在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》文件中提到屋面活荷的活荷載取值為0.5kN/m2，當(dāng)屋面受力構(gòu)件的受荷面積大于60m2的時(shí)候正好符合要求?，F(xiàn)在我國(guó)在設(shè)計(jì)的時(shí)候并沒(méi)有規(guī)定設(shè)計(jì)的規(guī)范，所以不建議在屋面活荷載取值中挖掘潛力。

2屋面吊掛荷載設(shè)計(jì)

屋面吊掛荷載設(shè)計(jì)就是指吊掛在屋面鋼梁和鋼柱的燈具等內(nèi)容。其中大型電纜橋架和工藝管道里面都應(yīng)該吊掛在屋面鋼梁上。行車直接吊掛在屋面鋼梁下。燈具吊掛的荷載一般都會(huì)在0.05kN/m2，行車和工藝管道需要根據(jù)實(shí)際取值進(jìn)行。

3屋面均布荷載導(dǎo)荷設(shè)計(jì)

現(xiàn)在很多設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的時(shí)候都會(huì)忽略一個(gè)問(wèn)題就是屋面剛架的局部荷載導(dǎo)荷問(wèn)題，認(rèn)為第一開(kāi)間的屋架的受荷面積會(huì)和屋面中間的受荷面積一樣。但是實(shí)際上并不是這樣的。當(dāng)屋面使用簡(jiǎn)支檁條的時(shí)候?qū)Ш煞绞奖容^正確，但是當(dāng)連續(xù)檁條進(jìn)行的時(shí)候?qū)Ш煞绞骄褪清e(cuò)誤的。

4門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)材料的選擇

4.1門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)鋼材材料的選擇

在選擇材料的時(shí)候可以有以下幾種情況：當(dāng)計(jì)算所需要的梁柱截面受強(qiáng)度控制時(shí)要選擇高強(qiáng)度的鋼材；當(dāng)計(jì)算所需要的梁柱截面受變形控制、穩(wěn)定控制時(shí)要選擇低強(qiáng)度的鋼材。在選擇材料的時(shí)候還需要嚴(yán)格遵守《規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行選擇，對(duì)于門(mén)式鋼架、墻梁等構(gòu)件要使用Q235-B以上等級(jí)的鋼材料，Q235-B以上等級(jí)的鋼材料在使用的時(shí)候不會(huì)受到低溫環(huán)境的影響。

4.2門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)焊接材料的選擇

在選擇焊接材料的時(shí)候不需要選擇出具體的牌號(hào)，只需要根據(jù)母材的類型選擇相匹配的等級(jí)焊條。如果是要直接承受動(dòng)力載荷的焊條在選擇材料的時(shí)候要選擇低氫型的焊條來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.3門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)螺栓材料的選擇

在選擇鋼結(jié)構(gòu)主材的時(shí)候要選擇高強(qiáng)度的螺栓。選擇的時(shí)候還需要注意螺栓的性能和摩擦系數(shù)。

4.4門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)鋼架截面的選擇

在滿足鋼架截面的時(shí)候要先考慮強(qiáng)度、撓度等因素，之后再滿足局部穩(wěn)定的要求。在選擇鋼架截面的時(shí)候不能因?yàn)闇p少用鋼量而改變截面構(gòu)件的截面高度，在選擇的時(shí)候可以參考《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》等文件內(nèi)容。

5門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題

5.1中柱間支撐的布置

門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行的時(shí)候柱間支撐和屋面支撐要布置在同一柱間上，這樣可以讓剛架更加的穩(wěn)定。在布置的時(shí)候第一柱間和第二柱間之間要設(shè)置一個(gè)剛性系桿，剛性系桿和抗風(fēng)柱沿位置要保持一致，這樣在使用的時(shí)候能直接傳遞風(fēng)荷載。在剛架轉(zhuǎn)折的地方也要設(shè)置相應(yīng)的剛性系桿。特別需要注意的是如果因建筑自身原因沒(méi)有辦法設(shè)置柱間支撐，就需要用縱向剛架來(lái)代替。

5.2荷載取值

屋面恒載指屋面材料本身的重量，一般在0.04~0.06kN/m2之間，不同的屋面材料自重也會(huì)不同，在計(jì)算屋面恒荷的時(shí)候需要根據(jù)不同材料有針對(duì)地進(jìn)行計(jì)算。一般發(fā)達(dá)國(guó)家在計(jì)算的時(shí)候規(guī)定門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的房屋在設(shè)計(jì)的時(shí)候還需要考慮一定的附加荷載，附加荷載能夠解決日常生活中出現(xiàn)的一些突發(fā)情況，但是我國(guó)在這方面還沒(méi)有相關(guān)的規(guī)定，所以不建議在設(shè)計(jì)的時(shí)候參考發(fā)達(dá)國(guó)家的規(guī)定。

5.3鋼梁分段

門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候很多設(shè)計(jì)師都認(rèn)為應(yīng)該把鋼梁的拼接節(jié)點(diǎn)設(shè)置在鋼梁彎矩最小的位置處，這種設(shè)計(jì)會(huì)影響拼接節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量。因?yàn)樵诔o定結(jié)構(gòu)里面構(gòu)件的變化會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)彎矩。門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以先把鋼梁分成三段之后再通過(guò)計(jì)算軟件分別對(duì)這三段鋼梁進(jìn)行計(jì)算，得到相應(yīng)的恒荷彎矩圖。根據(jù)圖片顯示能夠發(fā)現(xiàn)鋼梁不同，結(jié)構(gòu)彎矩也不同。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的時(shí)候要先確定鋼梁的分段之后在進(jìn)行加工，這樣可以減少很多拼接點(diǎn)出現(xiàn)。因?yàn)槠唇狱c(diǎn)越多，加工的程序就會(huì)越煩瑣，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意不要把鋼梁分成單件，單件的形狀比較復(fù)雜，不容易校正。鋼梁還需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)輸?shù)囊筮M(jìn)行分段，一般如果使用公路運(yùn)輸，構(gòu)件一般在11m左右，不宜過(guò)長(zhǎng)，不然在運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候容易給車輛拐彎帶來(lái)麻煩；如果是輪船運(yùn)輸或者是火車運(yùn)輸，其成本也有增加很多。不僅如此，這2種運(yùn)輸方式在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸下還會(huì)使構(gòu)件變形。鋼梁分段還能方便安裝，在分段拼接的時(shí)候需要注意避開(kāi)屋面支撐和抗風(fēng)柱等位置，桿件盡量不匯在一處。因此，鋼材分段不同會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)受力和用鋼量的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要綜合性的進(jìn)行考慮，通過(guò)計(jì)算、對(duì)比選擇出一個(gè)最經(jīng)濟(jì)、合理的方案來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.4檁條設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)檁條的時(shí)候可以用螺釘連接的金屬屋面板作為側(cè)向支撐，選擇的金屬屋面板一定要符合實(shí)際的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)不需要考慮整體穩(wěn)定性，只需要考慮上翼緣受壓的檁條計(jì)算檁條的強(qiáng)度即可，特別需要注意的是壓型鋼板和連接件之間如果是滑動(dòng)的狀態(tài)就不能成為檁條上翼緣的支撐。在設(shè)計(jì)的時(shí)候還需要注意在實(shí)際條件允許的時(shí)候盡可能使用連續(xù)檁條的布置方案，這樣不僅能夠減少檁條耗鋼量的使用數(shù)量還能增加結(jié)構(gòu)的整體性。

5.5蒙皮效應(yīng)

如果建筑在施工的時(shí)候屋面和墻面的材料使用的是壓型鋼板，就要在平面里面使用支撐系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行處理。在蒙皮設(shè)計(jì)進(jìn)行的時(shí)候會(huì)涉及以下內(nèi)容：連接件、螺釘間距、孔洞面積等。因?yàn)樵趯?shí)際工作的時(shí)候會(huì)隨時(shí)有意外發(fā)生，所以支撐系統(tǒng)也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改變，但是在改變的過(guò)程中會(huì)比較麻煩，因此建議蒙皮效應(yīng)只能作為一種儲(chǔ)備方案進(jìn)行使用。

5.6整體變形

現(xiàn)在我國(guó)在《規(guī)范》文件里面只對(duì)剛架橫向柱頂水平位移內(nèi)容提出了限制要求，但是并沒(méi)有限制縱向位移，在門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候要重點(diǎn)考慮變形問(wèn)題，設(shè)計(jì)的時(shí)候還需要注意剛性的門(mén)架不能用圓鋼來(lái)進(jìn)行支撐。

5.7柱腳的抗風(fēng)措施

門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候還需要考慮柱腳作用力，特別是在一些縱向尺寸小的房屋更加需要注意，同時(shí)還需要采取可靠的抗拔措施來(lái)減少柱子拔起的發(fā)生情況。在一些風(fēng)比較大的地方還可以設(shè)置錨栓端部設(shè)錨板來(lái)改變現(xiàn)狀。

5.8山墻剛架的計(jì)算模型

山墻剛架包括：鋼梁、鋼柱、抗風(fēng)柱三部分，在計(jì)算的時(shí)候要先看清抗風(fēng)柱和鋼梁之間的連接方式，連接方式不同，計(jì)算模型也不同?？癸L(fēng)柱和鋼梁連接方式主要有以下幾種：第一種通過(guò)彈簧片進(jìn)行連接，彈簧片連接的時(shí)候豎向荷載力主要由剛架承受，抗風(fēng)柱負(fù)責(zé)山墻水平方向的荷載，在這種連接模式下剛架用鋼量越大，抗風(fēng)柱的用鋼量就越??；通過(guò)抗風(fēng)柱的柱頂和鋼梁進(jìn)行連接，這種連接方式豎向承載力會(huì)由抗風(fēng)柱和剛架共同承擔(dān)，因?yàn)橐徊糠值某休d力被抗風(fēng)柱分擔(dān)出去所以在計(jì)算的時(shí)候需要把抗風(fēng)柱平面承受的風(fēng)荷載能力計(jì)算在內(nèi)，這種連接方案在使用的時(shí)候會(huì)增加抗風(fēng)柱用鋼量。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)情況選擇合適連接方式，不能2種連接方式同時(shí)使用，連接方式同時(shí)使用不僅不會(huì)帶來(lái)好處，還會(huì)給門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)隱患。

6門(mén)式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)

（1）在防水方面需要注意坡度問(wèn)題：在測(cè)量坡度的時(shí)候一定要有規(guī)范型，最好的范圍就是在1/8~1/20之間。在施工設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)榱烁玫毓?jié)約成本需要盡可能地將坡度降低，減少漏水情況發(fā)生。（2）在屋脊垂直程度上需要注意考慮垂直度，要先把房屋結(jié)構(gòu)分成若干段，在通過(guò)橫截面測(cè)量出水平值和縱向值，保證水平值和縱向值在規(guī)定的范圍內(nèi)。（3）設(shè)計(jì)檁條測(cè)算數(shù)值中需要注意檁條的彎曲程度，檁條在受到外力擠壓的時(shí)候會(huì)影響屋彩板的結(jié)構(gòu)，彎度的數(shù)值會(huì)增加，所以在測(cè)量檁條的時(shí)候一定要寬度適中，這樣才能更好地減弱橫截面。（4）施工單位在設(shè)計(jì)砼支時(shí)一般都會(huì)使用鋼筋混凝土砼支撐柱，把螺栓和支撐柱連接在一起，這樣可以更好地減少施工材料的成本。但是因?yàn)榛炷帘容^脆，所以需要添加鋼筋材料的幫助來(lái)提高彎矩荷載能力，在連接的時(shí)候也要注意外力影響發(fā)生的損害。在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要注意砼柱和鋼梁之間連接，這樣就可以更好地節(jié)約施工的成本，減少連接的構(gòu)件，減少斜梁變形出現(xiàn)的概率。

7結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在房屋建筑物施工的時(shí)候，門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)得到了大多數(shù)人的認(rèn)可，因?yàn)殚T(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)發(fā)展的時(shí)間比較短，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)還不足，對(duì)一些突發(fā)情況也沒(méi)有解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，在以后的時(shí)間里面設(shè)計(jì)人員還需要進(jìn)一步的進(jìn)行研究，通過(guò)科學(xué)的方法對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)和防水設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)范，其次還需要減少房屋施工中不利因素的出現(xiàn)，這樣才能更好地推動(dòng)門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]周錦泉，張大鵬.輕鋼門(mén)式剛架房屋設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題[J].房材與應(yīng)用，2005，33（5）：22-23.

作者：劉文天 單位：山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司