淺談門式剛架的設計與應用


近幾年來,隨著我國彩色鋼板產量的增加和焊接H型鋼的出現,門式剛架更是發展迅猛,我國建成此類結構工程已達800多萬平方米,而且每年以約100多萬平方米的速度增加。
目前,門式剛架從設計、制作到安裝我興旺公司已形成完全一體化,通過多年來的工程實踐,在門式剛架設計與應用方面積累了一點有益經驗。
一. 屋面活荷載取值
門式剛架結構設計的主要依據為《鋼結構設計規范》(GB17-88),《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》(GB18-87)和《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS102:98),對于屋面結構,《鋼結構設計規范》規定活荷載為0.5KN/m2,但構件的荷載面積大于60 m2的可乘折減系數0.6,門式剛架符合此條件,活荷載取為0.3KN/ m2,國外這類房屋設計時,要考慮0.15-0.5N/ m2的附加荷載,我國無此規定,現在有的框架梁太細,檁條太小,明顯有克扣荷載現象,遇到大風或其他原因造成超載,很容易出安全問題,因此屋面活荷載的取值決不能再小,不能在有限的活荷載中挖潛。
二. 合理跨度的確定
不同的生產工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠房跨度,有的業主甚至要求輕鋼生產廠家根據自己的使用功能,確定較為經濟的跨度。在盡可能滿足生產工藝和使用功能上,應根據房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下,當柱高、荷載一定時,適當加大跨度,剛架的用鋼量增加不太明顯,但節省空間,基礎造價低,綜合效益較為可觀。通過大量計算發現,當檐高6m、柱距為7.5m,荷載情況完全一致下,跨度在18-30m之間的剛架單位用鋼量(Q235-B)為18-28kg/ m2,當跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為25-40kg/ m2,當檐高為12m、跨度超過48m時宜采用多跨剛架(中間設置搖擺柱),其用鋼量較單跨剛架節約18%左右,因此設計門式剛架時應根據具體要求選擇較為經濟的跨度,不宜盲目追求大跨度。
三. 剛架最優間距的確定
剛架的間距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關,當剛架跨度較小時,選用較大的間距,會增加檁條的用鋼量是不經濟的。剛架規范規定,剛架柱距宜為6m,7.5m,9m,最大可采用12m。經過大量計算發現,隨著柱距的增大,剛架的用鋼量是逐漸下降的,但當柱距增大到一定數值后,剛架用鋼量隨著柱距的增大下降的幅度較為平緩,而其他如檁條、吊車梁、墻梁的用鋼量會隨著柱距的增大而增大,就房屋的總用鋼量而言,隨著柱距的增大先下降而后又上升。因此,在一定條件下,門式剛架存在著一最優間距,下表列出在一般情況下不同跨度所對應的最優間距: 跨度(m) 最優柱距(m) 9---12m 5.5m 12---18m 6m 18---36m 6―7.5m 36---35m 7.5―9m 45m以上 9m 綜上所述,一般情況下,門式剛架的間距應在6―9m之間,超過9m時,屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多,綜合造價并不經濟。
四. 柱腳的抗風措施
在工程實例中,有的剛架在大風時柱子被拔起,其主要原因不是剛架計算失誤,而是設計柱間支撐時未考慮支撐傳給柱腳的力,尤其是房屋縱向尺寸較小時,只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載,支撐傳給柱腳的拉力很大,若柱腳沒有采取可靠的抗拔措施,很可能將柱子拔起,因此,在風荷載較大的地區剛架柱受拉時,在柱腳應考慮抗拔構造,如錨栓端部設錨板等。
五. 總結
輕型門式剛架結構具有造價低、重量輕、安裝方便、施工周期短等優點,在工業廠房中得到較為廣泛的應用。但是,我國輕鋼結構畢竟起步較晚,在理論與實踐中與國外尚有很大差距,在實際工程設計中,由于門架變截面件的截面尺寸需要經過多次試算才能確定,加之目前設計人員的設計經驗還不夠豐富,桿件截面的選擇也不盡合理,容易造成整體結構各桿件應力不均,不僅經濟指標不夠理想,而且整體結構的安全度也不高,為了安全、經濟地設計門式剛架,還需要設計人員進一步研究我們的設計觀念和存在問題,確保工程的設計質量,推動門式剛架輕型鋼結構的進一步發展。
類似工程技術比較表 工程名稱 薊縣紫砂廠 寧河低度酒廠 寧河物料庫 建筑面積 7100m2 2666m2 3280m2 剛架跨度 34m 24m 57.6m 柱距尺寸 7.5m 7.5m 7.5m 屋面活荷載 0.3KN/ m2 0.3KN/ m2 0.3KN/m2 單位用鋼量 22Kg/ m2 18Kg/ m2 24Kg/ m2 (以上用鋼量為主剛架單位用鋼量)
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