輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    【摘要】輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說具有十分重要的作用，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展也是具有重大意義的，因此我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討。由于我國(guó)在建筑行業(yè)，特別是在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑方面的發(fā)展還不是很好，在施工設(shè)計(jì)中還存在著很多的問題，因此，應(yīng)該在輕鋼廠房的設(shè)計(jì)方面多做研究。并且由于我國(guó)的輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的需求量不斷增加，做好輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)就會(huì)更加的重要。下面筆者就通過自己的研究和工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)鋼架廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。 【關(guān)鍵字】輕鋼結(jié)構(gòu)，廠房設(shè)計(jì)，分析研究 中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

2、一、前言 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，輕型鋼鋼架的設(shè)計(jì)是比較常見的，但是，其設(shè)計(jì)并不是十分的容易。如何進(jìn)行輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是我們進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)首要考慮的問題。但由于目前國(guó)內(nèi)系統(tǒng)的論述輕鋼結(jié)構(gòu)的書籍還比較缺乏，設(shè)計(jì)人員大都根據(jù)輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，而部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員從事設(shè)計(jì)時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)程、規(guī)范理解不夠全面，對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，以致在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理現(xiàn)象，甚至造成安全隱患。 二、輕鋼結(jié)構(gòu)典型優(yōu)勢(shì) 輕鋼結(jié)構(gòu)屬輕型鋼結(jié)構(gòu)的一種類型，其結(jié)構(gòu)體系，簡(jiǎn)言之，是由剛架為承重結(jié)構(gòu)，配套輕型屋蓋和墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的支撐系統(tǒng)所組成的結(jié)構(gòu)體系。輕鋼結(jié)構(gòu)和其他材料的結(jié)構(gòu)相比，具

3、有如下優(yōu)點(diǎn) 。 （一）自重輕 輕鋼框架結(jié)構(gòu)重量比很高，墻厚較薄，因此可以使房屋的跨度達(dá)到很大，鋼材可根據(jù)不同用途合理分配截面尺寸的高寬比，使用面積較其他結(jié)構(gòu)要提高很多。這種截面模數(shù)大，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和優(yōu)越的使用性能，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。輕鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，自重約為后者的一半 。在工程設(shè)計(jì)中可以根據(jù)實(shí)際情況達(dá)到個(gè)性化的要求 。 （二）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，抗震性能突出 輕鋼框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好 ，鋼梁、鋼柱組成柔性框架，可充分發(fā)揮鋼材強(qiáng)度高、延性好 、塑性變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲 、震動(dòng)的能力得以強(qiáng)化。一般而言，其抗震能力是磚混結(jié)構(gòu)的2倍以上，在高烈度的地震災(zāi)害后，用于修

4、復(fù)的費(fèi)用減少 。而且適合建造在各種地質(zhì)條件的地基上，提高了結(jié)構(gòu)的安全可靠性 。 （三）施工速度快 一般情況下，輕鋼框架結(jié)構(gòu)建筑的施工由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，構(gòu)件加工制作工業(yè)化，另外加上現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的過程中不受氣候影響，簡(jiǎn)單快捷，時(shí)間相對(duì)鋼混結(jié)構(gòu)住宅縮短工時(shí)1312，加快了資金周轉(zhuǎn)，大大提高了投資回報(bào)速度 。 三、輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)化設(shè)計(jì) 1. 剛架最優(yōu)柱距的確定 剛架的柱距與剛架的跨度、屋面荷載、檁條形式等因素有關(guān)。隨著剛架柱距的增大，剛架用鋼量是逐步下降的，但當(dāng)柱距增大到一定的數(shù)值后，剛架的用鋼量隨著柱距的增大其下降的幅度較為平緩，而其他如檁條、墻梁的用鋼量隨著柱距的增大而增加，就房屋的總用

5、鋼量而言，隨著柱距的增大先下降后上升。大量計(jì)算數(shù)據(jù)表明：一般情況下，門式剛架的最優(yōu)柱距為69 m，柱距不宜超過9m，超過9m屋面檁條與墻梁體系的用鋼量增加太多，綜合造價(jià)并不經(jīng)濟(jì)。因此，從綜合分析的角度看，確定合理的柱距才能既節(jié)省鋼材，又使設(shè)計(jì)真正做到定型化、專門化、標(biāo)準(zhǔn)化以及輕型化，從而推動(dòng)門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)體系在我國(guó)的發(fā)展。 2合理跨度的確定 在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)具體房屋的高度來確定合理的跨度，總體來說，當(dāng)荷載和柱高一定時(shí)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中就應(yīng)適當(dāng)加大房屋的跨度，這樣一來，剛架的用鋼量整體增加不明顯，但卻很大程度上節(jié)省了空間。通過大量計(jì)算得出：當(dāng)檐口高度為7 m、柱距85 m，荷載情況完全一致的

6、情況下，跨度在1848 m之間的剛架單位用鋼量為1835 kgm²，當(dāng)檐口高度為12 m時(shí)(其他情況相同)，跨度在1848 m之間的剛架單位用鋼量(Q235一B)為2540 kgm²，因此，在工藝要求允許的情況下，設(shè)計(jì)人員選擇方案時(shí)應(yīng)選擇較為經(jīng)濟(jì)合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。 3. 截面優(yōu)化設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)截面優(yōu)化的方法主要有兩種： （一）窮舉法。首先仔細(xì)計(jì)算和比較各種合理的構(gòu)件截面形式，并在滿足具體設(shè)計(jì)要求的情況下，以用鋼量最少或造價(jià)最低作為控制條件，得到滿意的截面尺寸。門式剛架常采用變化構(gòu)件的截面來適應(yīng)彎矩的變化以達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。除腹板的高度變化外，厚度也可根據(jù)需要變化

7、，上、下翼緣可以用不同截面，相鄰單元的翼緣也可采用不同的截面形式。因此，影響整個(gè)剛架用鋼量的因素有上、下翼緣寬度、厚度，腹板的厚度，構(gòu)件大頭、小頭的高度，而且這些因素之間也互相影響，互相不獨(dú)立。工程設(shè)計(jì)從形式上來說，是一種非常嚴(yán)格的力學(xué)和數(shù)學(xué)方法的精確運(yùn)算過程。 （二）用最優(yōu)化理論。首先可以把問題歸納為一個(gè)單目標(biāo)的問題，用鋼量最少或造價(jià)最低最為優(yōu)化的具體目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)力、位移等可以作為約束條件，最后用我們的數(shù)學(xué)方法得到最滿意的解。 事實(shí)上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起重要作用的并不是那些運(yùn)算方法和數(shù)學(xué)處理，而是一系列難以用精確的計(jì)算解決的、具有主觀色彩的決策問題。所以，完全用最優(yōu)化理論來解決截面優(yōu)化設(shè)計(jì)有很大的

8、復(fù)雜性。當(dāng)設(shè)計(jì)人員決定了結(jié)構(gòu)形式后，截面優(yōu)化比較簡(jiǎn)單易行的方法是按照構(gòu)件的內(nèi)力來調(diào)整截面尺寸，經(jīng)過試算來確定重量最小的截面。這種方法不但計(jì)算次數(shù)少，而且可以人工干預(yù)截面優(yōu)化范圍，快速的得到比較理想的截面尺寸。 4. 柱腳設(shè)計(jì) 輕鋼結(jié)構(gòu)柱腳形式有兩種：即鉸接柱腳和剛接柱腳。對(duì)于鉸接柱腳，基礎(chǔ)僅受軸心荷載作用，設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。但部分輕鋼節(jié)結(jié)構(gòu)廠房都有吊車，依據(jù)輕鋼結(jié)構(gòu)剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定：用于工業(yè)廠房且有5 t以上的橋式吊車時(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接；技術(shù)措施結(jié)構(gòu)2003)規(guī)定：當(dāng)設(shè)有橋式和梁式吊車時(shí)，輕鋼結(jié)構(gòu)剛架柱宜采用等截面構(gòu)件，柱腳應(yīng)設(shè)計(jì)成剛接。因此5 t以上的橋式和梁式吊車的門剛結(jié)

9、構(gòu)柱腳應(yīng)設(shè)計(jì)成剛接；3 t及以下懸掛式吊車和無吊車的門剛結(jié)構(gòu)，柱腳才可以設(shè)計(jì)成鉸接。有較大吊車的房屋，柱頂位移較大，柱腳采用剛接，使得每榀剛架形成超靜定結(jié)構(gòu)，不但能減小柱頂位移而且具有更大的安全儲(chǔ)備。對(duì)于高寬比和風(fēng)荷載較大的無吊車門剛結(jié)構(gòu)，柱腳也宜設(shè)計(jì)成剛接。 同時(shí)當(dāng)柱底板與混凝土基礎(chǔ)間的摩阻力不足以抵抗全部的水平剪力時(shí)柱腳還應(yīng)設(shè)置抗剪鍵，抗剪鍵的設(shè)置需要計(jì)算。在基礎(chǔ)施工時(shí)應(yīng)留置鍵槽，鍵槽每側(cè)寬出抗剪鍵不小于30 mm，底部空隙高度不小于20mm。在柱腳底板和基礎(chǔ)頂面之間留有一定空間，柱腳鉸接時(shí)不宜大于50 mm，柱腳剛接時(shí)不宜大于100 mm。 五結(jié)束語 近年來，我國(guó)的建筑工程建設(shè)事業(yè)也在快

10、速的發(fā)展著，同時(shí)由于近些年我國(guó)彩色剛的產(chǎn)量的增加，輕型鋼逐漸在建筑工程中的應(yīng)用越來越普遍，已經(jīng)成為現(xiàn)代大跨度廠房的首選了。輕型鋼門式鋼架結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是普遍存在的，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，是其他一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所無法比擬的。但是這種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在某些地區(qū)目前還不是很成熟，在建筑工程中的應(yīng)用不是很好。因此，為了更大范圍的發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，確保這種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，我們就需要對(duì)該種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，克服在輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，掌握其設(shè)計(jì)技術(shù)，使輕型鋼門式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到更大的發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： 1 白洪源; 余洋 關(guān)于輕鋼廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾處解惑工程建設(shè)與設(shè)計(jì)2011-08-20期刊 2 賀劍 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的鑒定與加固方法研究同濟(jì)大學(xué)2008-03-01碩士 3 鄒劍強(qiáng); 付桂宏; 徐克利 設(shè)有100/20t吊車的重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)2006-0