【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 展概況及工程應(yīng)用 9 析，由于橫向風(fēng)荷載在縱墻中部和靠近山墻端分布存在差異，因此在各開(kāi)間尺寸相等且豎向荷載等值均勻的結(jié)構(gòu)中，至少應(yīng)分析三榀剛架的內(nèi)力。 采用空間模型時(shí)，通常是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置圖，選擇其中的主要受力構(gòu)件建立有限元分析模型?？臻g模型中應(yīng)包括的主要構(gòu)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(gòu)架系統(tǒng)，對(duì)于存在平臺(tái)或吊車(chē)的結(jié)構(gòu)，平臺(tái)與吊車(chē)梁是否應(yīng)在模型中反映或簡(jiǎn)化為相應(yīng)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?jiǎn)卧菍⑽菝婧奢d和墻面荷載等價(jià)作 用在剛架系統(tǒng)中 屋面支撐設(shè)計(jì) 門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)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(fù)雜，因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的空間受力進(jìn)行認(rèn)真分析，布置合理的支撐體系，保證結(jié)構(gòu)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(dān)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(qiáng)屋面支撐剛度才能滿(mǎn)足屋面剛度需求。 淺談門(mén)式剛架的發(fā)展概況及工程應(yīng)用 10 3 門(mén)式剛架的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn) 設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn) 設(shè)計(jì) (1)由于門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎剛度、抗扭剛度較小，結(jié)構(gòu)的整體剛度 較弱，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)輸和安裝過(guò)程中要采取的必要措施，防止構(gòu)件發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)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(gòu)件的連接構(gòu)造，使其能參與結(jié)構(gòu)的整體工作。 (3)組成構(gòu)件的桿件較薄，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮對(duì)制作、安裝、運(yùn)輸?shù)囊蟆? (4)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱的影響。 (5)門(mén)式剛架的梁柱多采用變截面桿件，梁柱腹板在設(shè)計(jì)時(shí)考慮利用屈曲后的強(qiáng)度，所以塑性設(shè)計(jì)不再適用。 (6)設(shè)計(jì)中對(duì)輕型化帶來(lái)的后果必須注意和正確處理，比如風(fēng)力可使輕型屋面的荷載反向等。 施工 在 施工中，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)焊接工藝上應(yīng)增加預(yù)熱措施，同時(shí)嚴(yán)格檢查，要求施工人員按規(guī)定和構(gòu)造去做，做好成品的保護(hù) ，加強(qiáng)施工中的質(zhì)量監(jiān)督。鋼材的防腐蝕問(wèn)題應(yīng)引起足夠的注意。鋼材易腐蝕，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免暴露在空氣中，對(duì)承重結(jié)構(gòu)必要時(shí)采取特殊防護(hù)措施，如涂漆、電鍍等。 屋面活荷載的取值 和布置 門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)為《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB1788），《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（ GB1887）和《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（ CECS102：98），對(duì)于屋面結(jié)構(gòu)，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定活荷載為 ，但構(gòu)件的荷載面積大于 60 m2 的可乘折減系數(shù) ,門(mén)式剛架符合此條件，活荷載取為 ,國(guó)外這類(lèi)房屋設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮 ，我國(guó)無(wú)此規(guī)定，現(xiàn)在有的框架梁太細(xì)，檁條太小，明顯有克扣荷載現(xiàn)象，遇到大風(fēng)或其他原因造成超載，很容易出安全問(wèn)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(mén)式剛架的發(fā)展概況及工程應(yīng)用 11 合理跨度的確定 不同的生產(chǎn)工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠(chǎng)房跨度，有的業(yè)主甚至要求輕鋼生產(chǎn)廠(chǎng)家根據(jù)自己的使用功能，確定較為經(jīng)濟(jì)的跨度。在盡可能滿(mǎn)足生 產(chǎn)工藝和使用功能上，應(yīng)根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當(dāng)柱高、荷載一定時(shí)，適當(dāng)加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節(jié)省空間，基礎(chǔ)造價(jià)低，綜合效益較為可觀。通過(guò)大量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(dāng)跨度在 2148m 之間的剛架單位用鋼量為 2540kg/ m2，當(dāng)檐高為 12m、跨度超過(guò) 48m 時(shí)宜采用多跨剛架（中間設(shè)置搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節(jié)約 18%左右，因此設(shè)計(jì)門(mén)式剛架時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求選 擇較為經(jīng)濟(jì)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(guān)，當(dāng)剛架跨度較小時(shí)，選用較大的間距，會(huì)增加檁條的用鋼量是不經(jīng)濟(jì)的。剛架規(guī)范規(guī)定，剛架柱距宜為 6m， ， 9m，最大可采用 12m。經(jīng)過(guò)大量計(jì)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(dāng)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(chē)梁、墻梁的用鋼量會(huì)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(mén)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(duì)應(yīng)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(mén)式剛架的間距應(yīng)在 6— 9m 之間，超過(guò) 9m 時(shí)，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價(jià)并不經(jīng)濟(jì)。 柱腳的抗風(fēng)措施 在工程實(shí)例中，有的剛架在大風(fēng)時(shí)柱子被拔起，其主要原因不是剛架計(jì)算失誤，而 是設(shè)計(jì)柱間支撐時(shí)未考慮支撐傳給柱腳的力，尤其是房屋縱向尺寸較小時(shí)，淺談門(mén)式剛架的發(fā)展概況及工程應(yīng)用 12 只設(shè)置少量柱間支撐來(lái)抵抗縱向風(fēng)荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，若柱腳沒(méi)有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起，因此，在風(fēng)荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時(shí)，在柱腳應(yīng)考慮抗拔構(gòu)造，如錨栓端部設(shè)錨板等。 檁條和墻梁的布置 檁條間距的確定應(yīng)綜合考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規(guī)格等因素按計(jì)算確定，一般應(yīng)等間距布置，但在屋脊處應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道，在天溝附近布置一道。側(cè)墻墻梁的布置應(yīng)考慮門(mén)窗、挑檐、雨蓬等構(gòu)件的設(shè)置和圍護(hù)材料的要求確定。 支撐和剛性系桿的布置 (1)在每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。 (2)在設(shè)置柱間支撐的開(kāi)間，應(yīng)同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐，以構(gòu)成幾何不變體系。 (3)端部支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段端部的第一或第二個(gè)開(kāi)間。柱間支撐的間距應(yīng)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(chē)時(shí)不宜大于 60m。 (4)當(dāng)房屋高度較大時(shí)，柱間支撐應(yīng)分層設(shè)置；當(dāng)房屋寬度大于 60m 時(shí)，內(nèi)柱列宜適當(dāng)設(shè)置支撐。 (5)當(dāng)端部支撐設(shè)在端部第二個(gè)開(kāi)間時(shí)，在第一個(gè)開(kāi)間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿。 (6)在 剛架的轉(zhuǎn)折處（邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂）應(yīng)沿房屋全長(zhǎng)設(shè)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(shí)檁條應(yīng)滿(mǎn)足壓彎構(gòu)件的承載力和剛度要求，當(dāng)不滿(mǎn)足時(shí)可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、 H 型鋼或其他截面形式的桿件。 (9)當(dāng)房屋內(nèi)設(shè)有不小于 5t 的吊車(chē)時(shí)，柱間支撐宜用型鋼；當(dāng)房屋中不允許設(shè)置柱間支撐時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向剛架。 淺談門(mén)式剛架的發(fā)展概況及工程應(yīng)用 13 4 門(mén)式剛架的主要工程應(yīng)用 門(mén)式剛架 的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)原則 門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)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(wú)橋式吊車(chē)的房屋，剛架柱不是特別高且風(fēng)荷載也不是很大時(shí)，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(mén)式剛架的柱腳多按鉸接設(shè)計(jì)，當(dāng)用于工業(yè)廠(chǎng)房且有橋式吊車(chē)時(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接。門(mén)式剛架上可設(shè)置起重量不大于 3t 的懸掛吊車(chē)和起重量不大于 20t 的輕、中級(jí)工作制的單梁或雙梁橋式吊車(chē)。 門(mén)式剛架的設(shè)計(jì)原則為： 1）保證結(jié)構(gòu)的整體性，門(mén)式剛架屬于平面結(jié)構(gòu)，它們?cè)诳v向構(gòu)件、支撐結(jié)構(gòu)的聯(lián)系下形成空間的穩(wěn)定體系，結(jié)構(gòu)只有組 成空間穩(wěn)定整體，才能承擔(dān)各種荷載和其他外載效應(yīng)； 2）明確各類(lèi)外力作用點(diǎn)到基礎(chǔ)的傳遞路徑和傳遞全過(guò)程中產(chǎn)生的效應(yīng)； 3）設(shè)計(jì)必須體現(xiàn)計(jì)算和構(gòu)造 。 門(mén)式剛架 應(yīng)用工程實(shí)例 結(jié)構(gòu)選型和布置 該廠(chǎng)房采用單跨雙坡門(mén)式剛架，廠(chǎng)房跨度 21m，長(zhǎng)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(qiáng) 鍍 鋅 冷 彎 薄 壁 卷 邊 Z 形 鋼 檁 條 ， 屈 服 強(qiáng) 度f(wàn) ， 鍍 鋅 厚 度 為 。 ( 不 考 慮 墻 面 自 重 ) 自然條件：基本風(fēng)壓： /OW KN m? ，基本雪壓 /KN m 2. 結(jié)構(gòu)平面 柱網(wǎng)及支撐布置 該廠(chǎng)房長(zhǎng)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(shè)置伸縮縫。 檁條間距為 。 廠(chǎng)房長(zhǎng)度 60m，因此在廠(chǎng)房 第二開(kāi)間 和中部設(shè)置屋蓋橫向水平支撐；并在屋蓋相應(yīng)部位設(shè)置檁條、斜拉條、拉條和撐桿；同時(shí)應(yīng)該在與屋蓋橫向水平支撐相對(duì)應(yīng)的柱間設(shè)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(mén)式剛架的發(fā)展概況及工程應(yīng)用 14 荷載的計(jì)算 計(jì)算模型選取 取一 榀剛架進(jìn)行分析，柱腳采用鉸接，剛架梁和柱采用等截面設(shè)計(jì)。廠(chǎng)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(jì)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(jì)： 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(shí)考慮） 柱自重： 2/KN m 風(fēng)載：基本風(fēng)壓 20 /W kN m? ： （ 1）屋面荷載： 標(biāo)準(zhǔn)值： 10 .4 8 9 4 .3 0 /c o s K N M?? ? ? 柱身恒載： 0 .3 5 9 3 .1 5 /K N M?? 淺談門(mén)式剛架的發(fā)展概況及工程應(yīng)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(fēng)荷載 010 k z szshm? ? ? ????? 以 風(fēng) 左 吹 為 例 計(jì) 算 ， 風(fēng) 右 吹 同 理 計(jì) 算 ：根 據(jù) 公 式 計(jì) 算 :根 據(jù) 查 表 ， 取 ， 根 據(jù) 門(mén) 式 剛 架 的 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 ，取 下 圖 ：（ 地面粗糙度 B 類(lèi)） 淺談門(mén)式剛架的發(fā)展概況及工程應(yīng)用 16 風(fēng)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(fēng) 面 側(cè) 面 ， 屋 頂 ， 背 風(fēng) 面 側(cè) 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(jiàn) 圖 所 示柱 的 截 面 采 用 與 梁 相 同 淺談門(mén)式剛架的發(fā)展概況及工程應(yīng)用 17 30058486xy 截面 截面名稱(chēng) 長(zhǎng)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(nèi)力： 根據(jù)各個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)圖，用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算，得結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力圖如下： 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力值 (M、 N、 Q) 備注 恒 載