【文章內容簡介】 展概況及工程應用 9 析，由于橫向風荷載在縱墻中部和靠近山墻端分布存在差異，因此在各開間尺寸相等且豎向荷載等值均勻的結構中，至少應分析三榀剛架的內力。 采用空間模型時，通常是根據(jù)結構布置圖，選擇其中的主要受力構件建立有限元分析模型?？臻g模型中應包括的主要構件有剛架斜梁、剛架柱、屋蓋支撐、柱間支撐、剛性系桿及山墻墻架柱或山墻構架系統(tǒng)，對于存在平臺或吊車的結構，平臺與吊車梁是否應在模型中反映或簡化為相應的荷載則需視具體情況確定?？臻g模型中一般不建入檁條與墻梁單元，而是將屋面荷載和墻面荷載等價作 用在剛架系統(tǒng)中 屋面支撐設計 門式剛架結構空間整體穩(wěn)定性主要由柱間支撐和屋面支撐決定，屋面支撐較柱間支撐復雜，因此，設計中應對整個結構的空間受力進行認真分析，布置合理的支撐體系，保證結構的整體穩(wěn)定。屋面支撐的剛度是屋面剛度的主要影響因素。屋蓋剛度越大，其承擔的力越大，剛架的空間作用越大。剛架縱向柱間距和跨度增大，必須加強屋面支撐剛度才能滿足屋面剛度需求。 淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用 10 3 門式剛架的主要設計要點 設計與施工要點 設計 (1)由于門式剛架結構構件的抗彎剛度、抗扭剛度較小，結構的整體剛度 較弱，因此設計時應考慮運輸和安裝過程中要采取的必要措施，防止構件發(fā)生彎曲和扭轉變形。 (2)要重視支撐體系和隅撐的布置，重視屋面板、墻面板與構件的連接構造，使其能參與結構的整體工作。 (3)組成構件的桿件較薄，設計中應考慮對制作、安裝、運輸?shù)囊蟆? (4)設計中應充分考慮銹蝕對結構構件截面削弱的影響。 (5)門式剛架的梁柱多采用變截面桿件，梁柱腹板在設計時考慮利用屈曲后的強度，所以塑性設計不再適用。 (6)設計中對輕型化帶來的后果必須注意和正確處理，比如風力可使輕型屋面的荷載反向等。 施工 在 施工中，對焊接結構焊接工藝上應增加預熱措施，同時嚴格檢查，要求施工人員按規(guī)定和構造去做，做好成品的保護 ，加強施工中的質量監(jiān)督。鋼材的防腐蝕問題應引起足夠的注意。鋼材易腐蝕，設計時應盡量避免暴露在空氣中，對承重結構必要時采取特殊防護措施，如涂漆、電鍍等。 屋面活荷載的取值 和布置 門式剛架結構設計的主要依據(jù)為《鋼結構設計規(guī)范》（ GB1788），《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》（ GB1887）和《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（ CECS102：98），對于屋面結構，《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定活荷載為 ，但構件的荷載面積大于 60 m2 的可乘折減系數(shù) ,門式剛架符合此條件，活荷載取為 ,國外這類房屋設計時，要考慮 ，我國無此規(guī)定，現(xiàn)在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有克扣荷載現(xiàn)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。 淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用 11 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(yè)主 甚至要求輕鋼生產廠家根據(jù)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(jù)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(jié)省空間，基礎造價低，綜合效益較為可觀。通過大量計算發(fā)現(xiàn)，當檐高 6m、柱距為 ，荷載情況完全一致下，跨度在 1830m 之間的剛架單位用鋼量（ Q235B）為 1828kg/ m2，當跨度在 2148m 之間的剛架單位用鋼量為 2540kg/ 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(jié)約 18%左右，因此設計門式剛架時應根據(jù)具體要求選擇較為經濟的跨度，不宜盲目追求大跨度。 剛架最優(yōu)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(guī)范規(guī)定，剛架柱距宜為 6m， ， 9m，最大可采用 12m。經過大量計算發(fā)現(xiàn)，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(shù)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(yōu)間距，下表列出在一般情況下不同跨度所對應的最優(yōu)間距： 跨度（ m） 最優(yōu)柱距（ m） 912m 1218m 6m 1836m 6— 3635m — 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。 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，淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用 12 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(qū)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。 檁條和墻梁的布置 檁條間距的確定應綜合考慮天窗、通風屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規(guī)格等因素按計算確定，一般應等間距布置，但在屋脊處應沿屋脊兩側各布置一道，在天溝附近布置一道。側 墻墻梁的布置應考慮門窗、挑檐、雨蓬等構件的設置和圍護材料的要求確定。 支撐和剛性系桿的布置 (1)在每個溫度區(qū)段或分期建設的區(qū)段中，應分別設置能獨立構成空間穩(wěn)定結構的支撐體系。 (2)在設置柱間支撐的開間，應同時設置屋蓋橫向支撐，以構成幾何不變體系。 (3)端部支撐宜設在溫度區(qū)段端部的第一或第二個開間。柱間支撐的間距應根據(jù)房屋縱向受力情況及安裝條件確定，一般取 30~45m，有吊車時不宜大于 60m。 (4)當房屋高度較大時，柱間支撐應分層設置；當房屋寬度大于 60m 時，內柱列宜適當設置支撐。 (5)當端部 支撐設在端部第二個開間時，在第一個開間的相應位置應設置剛性系桿。 (6)在剛架的轉折處（邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂）應沿房屋全長設置剛性系桿。 (7)由支撐斜桿等組成的水平桁架，其直腹桿宜按剛性系桿考慮。 (8)剛性系桿可由檁條兼做，此時檁條應滿足壓彎構件的承載力和剛度要求，當不滿足時可在剛架斜梁間設置鋼管、 H 型鋼或其他截面形式的桿件。 (9)當房屋內設有不小于 5t 的吊車時，柱間支撐宜用型鋼；當房屋中不允許設置柱間支撐時，應設置縱向剛架。 淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用 13 4 門式剛架的主要工程應用 門式剛架 的結構形 式和設計原則 門式剛架的結構形式按跨度可分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數(shù)可分為單脊單坡、單脊雙坡 、 多脊多坡。屋面坡度宜取 1/20~1/8。 單脊雙坡多跨剛架，用于無橋式吊車的房屋，剛架柱不是特別高且風荷載也不是很大時，依據(jù)“材料集中使用的原則”，中柱宜采用兩端鉸接的搖擺柱方案。門式剛架的柱腳多按鉸接設計，當用于工業(yè)廠房且有橋式吊車時，宜將柱腳設計成剛接。門式剛架上可設置起重量不大于 3t 的懸掛吊車和起重量不大于 20t 的輕、中級工作制的單梁或雙梁橋式吊車。 門式剛架的設計原則為： 1）保證結構的整體性，門式剛架屬 于平面結構，它們在縱向構件、支撐結構的聯(lián)系下形成空間的穩(wěn)定體系，結構只有組成空間穩(wěn)定整體，才能承擔各種荷載和其他外載效應； 2）明確各類外力作用點到基礎的傳遞路徑和傳遞全過程中產生的效應； 3）設計必須體現(xiàn)計算和構造 。 門式剛架 應用工程實例 結構選型和布置 該廠房采用單跨雙坡門式剛架，廠房跨度 21m，長度 90m，柱距 9m，檐高 ，屋面坡度 1/10。 剛架為等截面的梁、柱，柱腳為鉸接。 材料采用 Q235 鋼材，焊條采用 E43 型。 227 5 0 .64 5 0 / 1 6 0 /m m E P S m mN m m g m m?2y 屋 面 和 墻 面 采 用 厚 夾 芯 板 ， 底 面 和 外 面 二 層 采 用 厚 鍍 鋅 彩 板 ，鋅 板 厚 度 為 275/gm ； 檁 條 采 用 高 強 鍍 鋅 冷 彎 薄 壁 卷 邊 Z 形 鋼 檁 條 ， 屈 服 強 度f ， 鍍 鋅 厚 度 為 。 ( 不 考 慮 墻 面 自 重 ) 自然條件：基本風壓： /OW KN m? ，基本雪壓 /KN m 2. 結構平面 柱網及支撐布置 該廠房長度 90m，跨度 21m，柱距 9m，共有 11 榀剛架，由于 縱向溫度區(qū)段不大于 300m、橫向溫度區(qū)段不大于 150m，因此不用設置伸縮縫。 檁條間距為 。 廠房長度 60m，因此在廠房 第二開間 和中部設置屋蓋橫向水平支撐；并在屋蓋相應部位設置檁條、斜拉條、拉條和撐桿；同時應該在與屋蓋橫向水平支撐相對應的柱間設置柱間支撐，由于 柱高 柱距，因此柱間支撐不用分層布置。 淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用 14 荷載的計算 計算模型選取 取一榀剛架進行分析，柱腳采用鉸接，剛架梁和柱采用等截面設計。廠房檐高，考慮到檁條和梁截面自身高度，近似取柱高為 ；屋面坡度為 1： 10。 因此得到剛架計算模型： 屋面自重： 屋面板： 2/KN m 檁條 支撐： 2/KN m 橫梁自重： 2/KN m 總計： 2/KN m 屋面雪荷載： 2/KN m 屋面活荷載： 2/KN m （與雪荷載不同時考慮） 柱自重： 2/KN m 風載：基本風壓 20 /W kN m? ： （ 1）屋面荷載： 標準值： 10 .4 8 9 4 .3 0 /c o s K N M?? ? ? 柱身恒載： 9 /K N M?? 淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用 15 kn/mkn/m kn/m （ 2）屋面活載 屋面雪荷載小于屋面活荷載，取活荷載 10 .5 0 9 4 .5 0 /c o s K N M?? ? ? kn/m （ 3）風荷載 010 k z szshm? ? ? ????? 以 風 左 吹 為 例 計 算 ， 風 右 吹 同 理 計 算 ：根 據(jù) 公 式 計 算 :根 據(jù) 查 表 ， 取 ， 根 據(jù) 門 式 剛 架 的 設 計 規(guī) 范 ，取 下 圖 ：（ 地面粗糙度 B 類） 淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用 16 風載體形系數(shù)示意圖 212223 / 9 / / 9 / / 9 / 0k N m q k N mk N m q k N mk N m q k N m????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?kkkk迎 風 面 側 面 ， 屋 頂 ， 背 風 面 側 面 ， 屋 頂 2 / 9 /k N m q k N m? ? ? ? ? ? ?，荷載如下圖： kn/mkn/mkn/mkn/m ： （ 1） 截面形式及尺寸初選： 梁柱都采用 焊接的 H 型鋼 68? ? ?梁 的 截 面 高 度 h 一 般 取 (1/ 30 1/4 5)l , 故 取 梁 截 面 高 度 為 600mm ；暫 取 H60 0 300 ， 截 面 尺 寸 見 圖 所 示柱 的 截 面 采 用 與 梁 相 同 淺談門式剛架的發(fā)展概況及工程應用 17 30058486xy 截面 截面名稱 長度()mm 面積2()mm xI 64( 10 )mm? xW43( 10 )mm? yI64( 10 )mm? yW43( 10 )mm? xi mm yi mm 柱 60 0 30 0 6 8H ? ? ? 7200 9472 520 173 36 24 234 梁 60 0 30 0 6 8H ? ? ? 10552 9472 520 173 36 24 234 8 6 6 8 6 12 5 22. 06 10 94 72 10 1. 95 10 , 2. 06 10 52 0 10 10 1. 07 10xE A k n E I k n m??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（ 2）截面內力： 根據(jù)各個計算簡圖，用結構力學求解器計算，得結構在各種荷載作用下的內力圖如下： 計算項目 計算簡圖及內力值 (M、 N、 Q) 備注 恒 載 作 用