论门式刚架轻型房屋钢结构设计

专版Ｉｊ结构与规划设计　论门式刚架轻型房屋钢结构设计　陈威　摘要：本文仅对单跨门式刚架轻型房屋钢结构设计进行了探讨，旨在对设计提供有益的建议。　关键词：门式刚架；结构；设计　门式刚架轻型房屋钢结构是近十年来在我国迅速发展起　来的一种新型结构体系，被广泛应用于工业厂房、仓库等众多　的工业和民用建筑中。　１轻型房屋的特点　（１）屋盖为轻型屋盖。所谓轻型屋盖，指屋面板为压型钢板　等轻型板材、屋面檩条为冷弯薄壁型钢等轻型檩条的屋盖结　构。　这种屋盖一般不宜设悬挂式吊车。若需要设有悬挂式吊车　的，吊车的起重量通常不大于３ｔ；当采取可靠的技术措施时，悬　挂式吊车的起重量允许不大于５ｔ。　（２）具有轻型外墙。所谓轻型墙体，指墙面板为压型钢板等　轻型板材、墙梁为冷弯薄壁型钢等轻型墙粱的墙体结构。　（３）无桥式吊车或有起重量不大于２０ｔ的Ａ１～Ａ５工作级别　桥式吊车。当设有５ｔ以上桥式吊车时，刚架柱与基础宜采用刚　性柱脚连接。　（４）房屋的平均高度宜采用４．５～９．０ｍ；不宜大于１８ｍ；当设　有桥式吊车时不宜大于１２ｍ。　２荷载和作用　荷载应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定采用：　（１）结构自重。结构自重应包括屋面板、檩条、墙面板、墙　梁、支撑、刚架、墙架柱、采光天窗和侧窗等结构构件和非结构　构件的白重。　（２）施工或检修集中荷载。　（３）屋面雪荷载、积灰荷载。　（４）吊车荷载。　（５）悬挂荷载。悬挂荷载应包括建筑给水、采暖、电气、通　风、空调等系统悬挂于屋面结构下或刚架柱侧的管道和设备荷　载。当有吊顶时，还应包括吊顶荷载。悬挂荷载应按实际情况取　用。　（６）屋面竖向均布活荷载。当采用压型钢板等轻型屋面时，　屋面竖向均布活荷载的标准值（按水平投影面积计算）应取　０．５ｋＮ／ｍ２。对受荷水平投影面积大于６０ｍｚ的刚架结构构件，屋　面竖向均布活荷载的标准值可取不小于０．３ｋＮ／ｍｚ。受荷水平投　影面积大者可取相对较小值，对受荷水平投影面积小者可取相　对较大值。计算屋面构件——檩条时，仍应取０．５ｋＮ／ｍ。。　（７）风荷载。垂直于建筑物表面的风荷载标准值，应按《门　式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定计算。　（８）地震作用。地震作用应按现行国家标准《建筑抗震设计　规范》的规定计算。　３结构构件设计　在门式刚架轻型房屋钢结构体系中宜尽可能采用轻型结　１５６广东科技２０１１　７第１４期　构构件。　门式刚架轻型房屋钢结构，应根据房屋的平面尺寸、高度　和荷载的不同情况，合理确定门式刚架的跨度、间距，平衡外包　面（墙面和屋面）与主刚架的用钢量，优化整个房屋结构的经济　指标。　当房屋的平面尺寸和高度确定时，山墙墙架结构和屋面天　沟是基本确定的，因此下面的研究讨论不考虑山墙墙架结构和　屋面天沟的影响。　３．１檩条设计　檩条一般设计成简支构件。当檩条跨度为４．５～６．０ｍ时，设　一道拉条；当檩条跨度大于６ｍ时，设两道拉条。计算分析表明，　当檩条跨度分别为６．０ｍ、７．５ｍ、９．０ｍ时，檩条的经济平均用钢　量（含拉条）一般分别约为５．０ｋｇ／ｍ２、５．５ｋｇ／ｍ２、７．５ｋｇ／ｌｌａ２。一般情　况下，当檩条跨度确定时，檩条间距越大，檩条的平米用钢量越　小。因此建议，房屋单跨跨度小，宜采用较小檩距；房屋单跨跨　度大，宜采用较大檩距。　３．２墙梁设计　墙梁一般设计成简支构件。当墙梁跨度为４．５～６．０ｍ时，设　一道拉条；当墙梁跨度大于６ｍ时，设两道拉条。墙面板一股与　墙梁有可靠的连接，能约束墙梁外翼缘的侧向位移和扭转，因　此拉条一般设置在距离墙梁内翼缘１／３腹板高度范围内，以约　束墙梁内翼缘的侧向位移和扭转。　３－３刚架设计　根据跨度、高度和荷载的不同情况，门式刚架可采用变截　面刚架或等截面刚架。当不设有桥式吊车时，可采用梁、柱均为　变截面的门式刚架；当设有桥式吊车时，可采用梁为变截面、柱　为等截面的门式刚架。　４节点设计　一般情况下，刚架节点连接板件用钢量占刚架总用钢量的　５－１５％，如再加上连接所用的高强度螺栓，刚架节点连接费用所　占的比重更大。因此，节点设计不仅要传力可靠，而且要经济合　理。　４．１柱脚　ｆ－ｊ式刚架轻型房屋钢结构的柱脚，宜采用平板式铰接柱　脚。当有必要时，也可采用刚接柱脚（如用于工业厂房且有５ｔ以　上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接）。柱脚底板下二次灌浆的　预留空间，当柱脚铰接时不宜大于５０ｍｍ＂当柱脚刚接时不宜大　于１００ｍｍ。　４．２斜梁与柱的连接　门式刚架轻型房屋钢结构的斜梁与柱的刚性连接，通常采　用端板以高强度螺栓连接。端板可采用竖放、横放、斜放３种形　式。　对于柱为轧制Ｈ型钢的刚架，宜将斜梁与柱的端板连接节　点伸出柱一段距离，以避免轧制Ｈ型钢柱翼缘的切割。　４－３斜梁与斜梁的连接　客家民居的朴素生态设计观浅析　李智捷　１生态建筑理念　当今世界，可持续发展的概念在学术界日益深入人心；与　之相对应，在建筑设计领域，“生态建筑”也日益成为挂在许多　设计师们嘴边的口头禅式的字眼。何谓生态建筑？由于涉及领　域过于广泛，包含的因素过于烦杂，目前尚难以对其进行一个　定量定性的定义。客观的说它更多的体现为一种设计观倾向。　生态主义设计观的出发点应该是努力处理好人、建筑和环境三　者的关系；建筑要创造一个健康舒适的环境，同时又要保护好　人类赖以生存的自然环境，减少对自然资源及能源的消耗。　合。这些“高门槛”让大多数建筑师特别是发展中国家的建筑师　望而却步。在我国，受限于经济及技术水平的发展，高技倾向的　建筑设计尚难成主流。但建筑作品在设计思路上能否选择一种　较为简单的对生态问题解决方式呢？　３客家民居——对生态问题简单而有效的处　理方式　传统民居是我国建筑大家族中的重要组成部分，它们适应　自然气候条件，表现出鲜明的地域特征。许多传统民居经过长　期演变，蕴含着丰富而朴素的原生“生态”思想。这些建筑用最　本土的材料、技术和建造方式，在处理人、自然与建筑三者关系　方面采用了简单而有效的解决方式。而研究这些建筑，无疑将　对寻求适合我国的生态倾向建筑设计会有一定的帮助。以下笔　２高技建筑——对生态问题复杂化的处理方式　随着电脑信息技术、环境设备、材料及施工技术的发展，以　展示现代工业及智能技术为主要特征“高技派”建筑师们在生　态倾向建筑设计方面体现出独到的优势。福斯特设计的法兰克　福银行，威廉・艾尔索设计的法国马赛省政府大楼，格雷姆肖设　计英国伊甸园工程等高技派建筑作品在节约建筑能耗及经营　舒适建筑物理环境方面的突出表现，迎来一片喝彩。但这些建　筑在建设过程中一次投资量巨大、对施工技术和材料方面的要　求高，同时涉及的专业工种繁多且要求他们之间密切有效的配　分属不同运输单元的斜梁与斜梁的刚性连接，通常采用端　板以高强度螺栓连接。端板宜与斜梁的外边缘垂直。　属于同一运输单元的斜梁，截面不同的梁与梁的刚性连　接，可采用端板以高强度螺栓连接；也可采用一块端板以焊缝　连接。　者试图通过分析并总结一下客家民居，是如何用简单有效的方　法解决生态倾向的建筑设计问题：　３．１选址　客家先民多聚居山区，在生产力比较低下的时期，以朴素　的生态意识，顺应自然。他们非常珍惜耕地，建造住所尽量不占　用农田耕地，而能充分利用丘陵、山坡等自然环境。如很多围拢　屋就是在山坡上就势而建，前低后高，座北朝南，适应南方冬冷　（１）由于单层门式刚架轻型房屋钢结构自重较小，设计经　验表明，当抗震设防烈度为Ⅶ度时，一般不需做抗震验算；当抗　震设防烈度为Ⅷ度及以上时，横向刚架和纵向框架均需做抗震　验算。当设有多于一层并与门式刚架相连接的附属建筑时，应　进行抗震验算。　（２）对轻型房屋钢结构，当地震作用效应组合不控制设计　时，可不采取或适当采取抗震构造措施；当由地震作用效应组　合控制设计时，尚应针对轻型钢结构的特点采取相应的抗震构　造措施，要特别注意避免结构整体倾覆。　４．４拉条（撑杆）的连接　当屋面板能约束檩条上翼缘的侧向位移和扭转时，拉条应　设置在距离下翼缘１／３腹板高度范围内，以约束檩条下翼缘的　侧向位移和扭转。　５抗震验算　在抗震设防地区，门式刚架轻型房屋钢结构应按现行国家　标准《建筑抗震设计规范》进行抗震验算，并符合下列要求：　ＳＥ≤Ｒ￣ＲＦ　６结束语　多跨门式刚架轻型房屋钢结构，由于跨度的组成、高度的　变化、荷载的情况等比较复杂，很难作出定量的分析，设计时应　根据具体工程的实际情况，可参照单跨门式刚架轻型房屋钢结　构设计，合理选用材料、刚架跨度及间距、连接构造，尽量作到　轻型化和标准化。　式中：ｓ厂一考虑多遇地震作用时，荷载和地震作用效应组　合的设计值；　承载力抗震调整系数。　当由抗震控制结构设计时，尚应采取抗震构造措施。需要　说明的是，《建筑抗震设计规范》考虑到轻型房屋钢结构的特　点，一般单层厂房钢结构的抗震规定“不适用于单层轻型钢结　构厂房”。这并不是指门式刚架轻型房屋钢结构可不进行抗震　设计，而是要根据门式刚架轻型房屋钢结构的特点，进行必要　的抗震验算，并采取相应的抗震构造措施：　——参考文献：　［１ｌＧＢ５０００９—２００１（２００６版），建筑结构荷载规范［ｓ］．　［２］ＣＥＣＳ１０２：２００２，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程［ｓ］　ｆ３］ＧＢ５００１　１－２０１０，建筑抗震设计规范［ｓ］　（作者单位：湖南中兴钢结构设计有限公司）　广东科技２０１１．７第１４期１５７