簡述門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計

 　　伴隨著我國輕重工業(yè)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)房屋特別是門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房以其自重輕、抗震性能好、施工進(jìn)度快在輕重工業(yè)廠區(qū)應(yīng)用為廣泛。

 　　門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房依據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 102:2002(以下簡稱《門規(guī)》)主要是指單跨或多跨，具有輕質(zhì)屋蓋、輕質(zhì)外墻或磚砌外墻，無橋式吊車或起重量小于等于20t的A1~A5工作級別的橋式吊車、不大于3t懸掛式起重機(jī)的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房。

     一、門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計過程

 　　依據(jù)筆者設(shè)計經(jīng)驗，門式剛架輕型鋼構(gòu)廠房設(shè)計過程如下：

     依據(jù)工藝等專業(yè)提資條件和天車條件確定廠房跨度，跨度尺寸盡量符合建筑模數(shù)，有時由于場地等因素的限制，不能按照以上模數(shù)取值，輕鋼廠房也是完全可以做到的；柱距尺寸盡量符合建筑模數(shù)，有時因其它因素也可以靈活布置；按有無天車條件及廠房內(nèi)部凈空的要求來確定廠房的檐口高度；按照當(dāng)?shù)氐慕涤昵闆r等因素確定廠房屋面的坡度，一般取值1/8~1/20；還有根據(jù)地域或工藝等專業(yè)要求確定屋面、墻面的維護(hù)材料。

     二、剛架構(gòu)件的設(shè)計：

    （a）依據(jù)《門規(guī)》4.1.4條廠房柱腳可設(shè)計為鉸接或剛接。柱腳鉸接時柱依據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況可設(shè)計為變截面柱，變截面柱使柱外側(cè)平齊，柱的定位軸線可按柱下端（較小端）中心；柱腳剛接時應(yīng)將柱做成等截面柱，柱的定位軸線應(yīng)根據(jù)上柱的高度、吊車邊緣到上柱內(nèi)邊緣的距離確定，此時軸線會不在柱截面中心線處。

    （b）構(gòu)件材料的選擇.，經(jīng)常選擇的是Q235和Q345.。當(dāng)穩(wěn)定控制時,宜使用Q235；強(qiáng)度起控制作用時,可選擇Q345。依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》3.3章節(jié)，對選用Q235鋼，有些部位不能應(yīng)用沸騰鋼，對于需要驗算疲勞的焊接構(gòu)件應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件適當(dāng)選取B、C、D類鋼材。

    （c）梁柱截面的驗算包括強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度三方面。對鋼柱一般均為壓彎剪構(gòu)件，鋼梁起控制作用的為彎剪力，相關(guān)驗算按照《門規(guī)》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范相關(guān)章節(jié)計算。這里需要注意的是柱的平面外計算長度可依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》5.3.7條取值，梁的平面外計算長度可依據(jù)隅撐的間距取值。

     當(dāng)驗算截面不能滿足時，加大截面應(yīng)該分兩種情況：(1) 強(qiáng)度不滿足時,通常加大截面的板件厚度,抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度（腹板抗剪，翼緣抗彎）。(2) 變形超限，通常加大截面的高度，因為截面特性與截面高度是n次方的關(guān)系，加大截面厚度會很不經(jīng)濟(jì)。

    （d）柱截面按長細(xì)比估算. 通常按50＜λ＜150, 一般取值在80左右。柱與梁設(shè)計為剛接，梁的截面可依據(jù)受力包羅圖分段設(shè)計，當(dāng)為單跨且中間無柱時，一般依據(jù)跨度按0.25~0.50~0.25來對稱劃分截面，將兩端0.25部分取變截面，中間0.50部分取等截面，這樣設(shè)計可以充分發(fā)揮梁截面的受力性能，減少鋼材用量，降低工程造價；梁截面高度一般在跨度的1/20~1/50之間選擇，翼緣寬度根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按l/b限值確定時，可避免鋼梁的整體穩(wěn)定的復(fù)雜計算，這種設(shè)計方法較簡單，確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造規(guī)定估算；梁截面選取時盡量做到“高腹薄壁”；有時為加快工程進(jìn)度也可選取成型鋼材。

    （e）剛架節(jié)點(diǎn)連接，主要有梁柱節(jié)點(diǎn)、梁梁節(jié)點(diǎn)、牛腿節(jié)點(diǎn)、柱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計。梁柱節(jié)點(diǎn)、梁梁節(jié)點(diǎn)連接中通常采取摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，相關(guān)計算參見《門規(guī)》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范相關(guān)章節(jié)；牛腿節(jié)點(diǎn)主要受彎剪力，設(shè)計時應(yīng)利用腹板抗剪，翼緣抗彎，通常牛腿上下翼緣與柱采用焊透的V形對接焊縫，也可以采用角焊縫，此時角焊縫的大小應(yīng)根據(jù)牛腿翼緣傳來的水平力F=M/H計算，腹板采用的角焊縫大小由剪力V確定；柱腳節(jié)點(diǎn)應(yīng)依據(jù)剛接和鉸接形式進(jìn)行設(shè)計，相關(guān)設(shè)計參見《門規(guī)》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)章節(jié)，此時因鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》8.4.13條，一般情況下均需設(shè)置抗剪鍵?！?/p>

     三、設(shè)計荷載的取值：

 　 （a）屋面荷載依據(jù)維護(hù)材料、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、屋面的積灰情況等確定屋面恒活荷載的取值。一般彩鋼板維護(hù)時取恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：0.3kN/m2，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按《門規(guī)》可取0.5kN/m2，當(dāng)受荷水平投影面積大于60m2時，屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取為0.3 kN/m2；當(dāng)廠房是多跨或高低跨計算雪荷載時，應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》6.2章節(jié)選取積雪分布系數(shù)；當(dāng)積灰荷載、屋面活荷載、雪荷載同時存在時應(yīng)按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》4.4.3條和《門規(guī)》3.2.5條合理取值；

 　 （b）吊車荷載，對有吊車的輕鋼廠房應(yīng)計算作用在排架牛腿上的豎向荷載和橫向水平荷載，此荷載可按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》第5章節(jié)計算。

 　 （c）風(fēng)荷載，主要是風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、風(fēng)荷載體型系數(shù)、風(fēng)壓高度變化系數(shù)的取值。此荷載可按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和《門規(guī)》相關(guān)章節(jié)進(jìn)行取值。

 　 （d）其它荷載，依據(jù)筆者的設(shè)計經(jīng)驗主要有屋面梁懸掛吊車荷載，屋面梁通風(fēng)天窗荷載、柱側(cè)管道支架荷載等荷載。屋面梁懸掛吊車荷載可分恒、活荷載加載在懸掛吊車作用屋面梁處；屋面梁通風(fēng)天窗荷載可分恒、活、鳳荷載作用于天窗與屋面梁節(jié)點(diǎn)處；柱側(cè)管道支架荷載可分恒、活荷載作用在柱側(cè)支架與柱節(jié)點(diǎn)處。