輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)中的誤區(qū)
【摘要】輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)工程中，為業(yè)主了提供大跨度大空間，滿足業(yè)主的生產(chǎn)工藝流程的要求。本文對(duì)設(shè)計(jì)中的抗風(fēng)柱、屋面板、檁條、吊車梁等方面做了論述。
【關(guān)鍵詞】 輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋；抗風(fēng)柱；屋面板及檁條；吊車梁；柱間支撐；主鋼材質(zhì)的選擇
quality
輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)而言其造價(jià)要低，施工工期短，同時(shí)能提供大的工作空間，滿足生產(chǎn)工藝流程，因而常被作為廠房和車間等房屋的首選結(jié)構(gòu)形式。在多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，認(rèn)為輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)在此方面存在一些誤區(qū)。
1. 抗風(fēng)柱設(shè)計(jì)
有的認(rèn)為抗風(fēng)柱作為端排剛架的支點(diǎn)，限制了剛架的垂直變形，產(chǎn)生與中排剛架的垂直變形不一致，因而弊大于利。實(shí)際上即使不設(shè)抗風(fēng)柱，因?yàn)槎伺艅偧芎奢d與中排剛架荷載值不同，端排剛架垂直變形與中排剛架垂直變形兩者也不一樣的。另外檁條與剛架連接是鉸接，邊跨檁條兩端沉降允許有差值，屋面板也能適應(yīng)邊跨檁條兩端沉降的差值，設(shè)計(jì)了抗風(fēng)柱對(duì)抗地震和風(fēng)的水平荷載有較大作用。
2. 屋面檁條應(yīng)不等距設(shè)計(jì)
在屋面檁條的設(shè)計(jì)中，現(xiàn)在做法通常是檁條等間距布置，檁條對(duì)屋面而言是等跨支座，如跨度18米以上的鋼架多為雙坡，每坡屋面板在9米以上。根據(jù)檁條的布置，屋面板多按五等跨的連續(xù)板設(shè)計(jì)，其結(jié)果是屋面板端跨的跨中彎矩比中跨的跨中彎矩大得多，按端跨跨中彎矩選用屋面板的'話，則中跨的屋面板就不能充分發(fā)揮作用。對(duì)檁條的線荷載又以屋面板的第二支座反力為依據(jù)，第二支座反力是五跨續(xù)板中支座反力最大的支座，以此反力來設(shè)計(jì)檁條，此時(shí)只有屋面板第二支座的檁條能充分發(fā)揮作用，中跨支座檁條承載能力富裕較多，不能充分發(fā)揮其作用。為此建議檁條采用不等跨布置，檁條的布置在段跨間距減少，而在中間跨處放大以使屋面板的端跨彎矩和中部跨彎矩比較接近，或由于不等跨布置使屋面板支座反力比較接近，這樣能充分發(fā)揮屋面系統(tǒng)的材料性能，降低單位用鋼量，從而降低成本。
3. 有的吊車梁可不設(shè)計(jì)制動(dòng)桁架
我們?cè)谠O(shè)計(jì)中經(jīng)常見到一些輕鋼結(jié)構(gòu)廠房，其跨度在24米內(nèi)，且吊車為5～20噸，吊車梁跨度為6～8米之間，有相當(dāng)一部分設(shè)置了制動(dòng)桁架；更有甚者跨度10米，吊車僅3噸，吊車梁跨度6米也設(shè)置了制動(dòng)桁架。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，類似以上吊車噸位和跨度的輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房可不設(shè)置制動(dòng)桁架，在《規(guī)程》[1]中規(guī)定輕鋼結(jié)構(gòu)廠房只能設(shè)中、輕級(jí)工作制橋式吊車，且起重量不大于20噸。這時(shí)只要滿足吊車梁的強(qiáng)度和變形，同時(shí)在橫向水平剎車力的作用下滿足吊車梁的側(cè)向穩(wěn)定要求即可，當(dāng)有必要時(shí)可適當(dāng)加大吊車梁上翼緣的寬度來保證其穩(wěn)定性。不設(shè)置制動(dòng)桁架不僅可以減少安裝工作量還可以降低造價(jià)。
4. 柱間支撐
一些輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房關(guān)于柱間支撐的設(shè)置多為角鋼剪力撐，每一肢均同時(shí)滿足受壓和受拉的長(zhǎng)細(xì)比要求，這樣導(dǎo)致設(shè)計(jì)的柱間支撐截面較大。對(duì)于輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的圍護(hù)墻體多為壓型鋼板加保溫材料，對(duì)柱頂?shù)奈灰葡拗挡皇呛車?yán)，并且吊車噸位不大，縱向水平剎車力也較小，盡管有風(fēng)載和地震作用，可設(shè)置剪刀式鋼筋拉桿來替代角鋼剪力撐，剪刀式鋼筋拉桿只考慮受拉而不考慮受壓。鋼筋的直徑可根據(jù)縱向水平力之和來確定，但要求必須將鋼筋拉緊，使之能夠傳遞縱向水平力。用剪刀式鋼筋替代角鋼剪力撐給制作和安裝帶來很大的方便。
5. 主鋼材質(zhì)的選用并非鋼材強(qiáng)度越高越省材料
在一些招標(biāo)文件中經(jīng)常見到要求鋼架材質(zhì)為Q345鋼材的條款 ，這些建設(shè)單位認(rèn)為材質(zhì)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度越高，構(gòu)件尺寸越小，這樣就越省鋼材，就會(huì)降低造價(jià)。這種考慮有其局限性，不是對(duì)所有的鋼結(jié)構(gòu)都實(shí)用。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)要滿足考慮強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度和穩(wěn)定性要求，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的因素很多，如建筑物的跨度、高度、風(fēng)載、地震烈度、場(chǎng)地類別和是否有吊車及吊車的噸位等。對(duì)于非地震區(qū)和地震烈度低的地區(qū)如果風(fēng)載較小和跨度較大時(shí)，其構(gòu)件的內(nèi)力較大，這時(shí)以強(qiáng)度控制為主，這種情況下采用高強(qiáng)度的鋼材倒是可以降低造價(jià)；但對(duì)于地震烈度高而且風(fēng)載較大地區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)往往是由剛度控制為主，材料強(qiáng)度即使再高也得保證構(gòu)件有足夠的構(gòu)件截面，才能有足夠的剛度滿足變形要求，此時(shí)如果還是采用高強(qiáng)度的鋼材，就會(huì)造成不必要的浪費(fèi)了。
6. 雪荷載及活荷載的確定
設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)工程時(shí)一般都是采用軟件進(jìn)行計(jì)算的，但模型、參數(shù)如何假定和采用最為關(guān)鍵，如荷載的選用問題，對(duì)于雪荷載，軟件一般都是按均布荷載輸入的，沒有考慮《規(guī)范》[2]中屋面積雪分布系數(shù)，對(duì)于雙坡屋面及高低跨相鄰的屋面，不考慮雪荷載的不均勻系數(shù)，會(huì)給工程帶來了安全隱患。尤其北方雪荷載是屋面的主控荷載，如何確定雪荷載分布參數(shù)就格外重要。因此在設(shè)計(jì)時(shí)尤其是在高低跨相鄰的鋼結(jié)構(gòu)建筑物時(shí)即使程序沒考慮雪荷載的不均勻系數(shù)也得人為自行調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)的安全。其次活荷載確定也是很關(guān)鍵的，如果說在計(jì)算整榀剛架時(shí)活荷載按《規(guī)程》[1]取0.3KN/m2還有據(jù)可查的話（雖然這與《規(guī)范》[2]中的0.5KN/m2有矛盾），那么在計(jì)算檁條等構(gòu)件時(shí)，如果活荷載也按0.3KN/m2計(jì)算的話那就大錯(cuò)特錯(cuò)了，由此可見活荷載的選取也要根據(jù)對(duì)象來具體對(duì)待，這個(gè)可以在一些圖集（如中南標(biāo)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)（04ZG501）》）中就可以體現(xiàn)出來的。
7. 結(jié)束語
以上僅是本人在設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)心得體會(huì)，但愿能起到拋磚引玉的作用，愿各位同行從大局著眼，從細(xì)微入手，把鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做得更加合理。
參考文獻(xiàn)
[1]CECS102：2002.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程
[2]GB50009-2001.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范
[3]GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范
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