鋼結構在房屋設計的實用性

鋼結構在房屋設計的實用性1.剛架特點

在工程需要的情況下，在多跨剛架中間柱與斜梁的連接部，可以考慮采用鉸接。而多跨剛架，通常需要采用雙坡或單坡屋蓋，如果工程有需要，也可采用由多個雙坡單跨相連的多跨剛架形式。與屋架結構相比，門式剛架的整個構件的截面尺寸較小，這樣就方便我們更好、更有效地利用建筑空間，不僅能夠有效的降低房屋的高度，也可以有效的減小建筑體積，同時也對建筑造型起到美觀作用。一般的門式剛架用于跨度為9~36m、柱距為6m、柱高為4．5~9m，而且設有起重量較小的懸掛吊車的單層工業(yè)房屋，或者公共建筑。需要架設橋式吊車時，其起重量控制在20t以內，屬于A1～A5中、輕級工作制吊車；而在設置懸掛吊車時，起重量控制在3t以內。

2.結構形式

從類型上看，門式剛架的結構形式有很多種。按構件體系分，有實腹式與格構式；按橫截面形式分，有等截面與變截面；按結構選材分，有普通型鋼、薄壁型鋼、鋼管或鋼板焊成。一般來說，實腹式剛架的橫截面是工字形，當然，也有少數(shù)是z形；而一般而言，格構式剛架的橫截面是矩形或者三角形。

2.1建筑尺寸

通常情況下門式剛架輕型房屋鋼結構的尺寸應該滿足下列規(guī)定：

1）門式剛架的跨度取值標準為，橫向剛架柱軸線間的距離。

2）門式剛架的高度的取值標準，應該是地坪至柱軸線與斜梁軸線交點的高度。當然，具體的高度需要安裝使用要求的內凈高確定。

3）在柱的軸線選擇上，一般可以通過柱下端中心的豎向軸線。如果是工業(yè)建筑邊柱的定位軸線，則應該考慮取柱外皮。斜梁的軸線可取通過變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平行的軸線。

4）門式剛架輕型房屋的檐口高度，應該按照地坪至房屋外側檁條上緣的高度來取定。其最大高度，一般由地坪至屋蓋頂部檁條上緣的高度決定，而房屋側墻墻梁外皮之間的距離，則為寬度應取的距離，長度則按照兩端山墻墻梁外皮之間的距離作為標準取值。通常來說，門式剛架的跨度應該為9~36m，如果邊柱的寬度不等，那就需要把外側對齊。而一般的高度應該在4．5~9．0m之間，如果有橋式吊車時，就不能超過12m。間距，也就是柱網(wǎng)軸線在縱向的距離一般要采用6~9m。挑檐長度可根據(jù)使用要求確定，但是通常是在為0．5~1．2m之間取值，其上翼緣坡度宜與斜梁坡度相同。

2.2結構平面布置

（1）門式剛架輕型房屋鋼結構的溫度區(qū)段長度必須要滿足這兩個規(guī)定：1）縱向溫度區(qū)段不大于300m

2）橫向溫度區(qū)段不大于150m。當然，這只是參照值，如果有計算依據(jù)和需要時，溫度區(qū)段長度可根據(jù)工程的實際需要適當加大。

（2）在多跨剛架局部抽掉中間柱，或者邊柱處需要考慮布置托架梁。

（3）屋面檁條的布置應考慮天窗、屋面材料、采光帶、通風屋脊、檁條供貨規(guī)格等因素的影響，屋面壓型鋼板厚度和檁條間距應按計算確定。

（4）山墻可設置由抗風柱、斜梁、墻梁及其支撐組成的山墻墻架，或采用門式剛架。

3.門式剛架的塑性設計與計算

3.1門式剛架荷載

門式剛架的荷載一般有三類：一是屋面結構等的自重，即永久荷載；二是屋面活荷載和雪荷載中的較大者；三是風荷載。在一般的彈性設計中，可以根據(jù)各類荷載單獨計算剛架中的內力，最后再有目的的對各個構件進行內力組合，求出最不利的內力設計值。而在塑性設計中，找到結構中形成機構的塑性鉸位置，進而求得構件截面的塑性彎矩M，是機構分析的目的。當然，在實際的計算中，避免對分析結果進行疊加，而是要首先進行荷載組合，然后才能進一步對每種組合進行內力分析。因為屋面部分風荷載的體型系數(shù)是負值，風力為吸力，其方向是與屋面活荷載或雪荷載相反的，所以，在進行無吊車荷載的門式剛架設計時，需要考慮的荷載基本組合為兩個：

1）永久荷載+屋面活荷載（或雪荷載）；

2）永久荷載+屋面活荷載（或雪荷載）+風荷載。要特別強調的是，對于“永久荷載+風荷載”，通常情況下不需要進行控制組合，只有當風荷載特別大，而且可能產(chǎn)生內力變號的情況下，才有必要進行考慮。

3.2門式剛架的機構分析

利用簡單塑性理論進行剛架內力分析的方法很多，本文只介紹較為常用的靜力法。所謂的靜力法，指的是通過求解靜力平衡方程，來確定塑性鉸位置和塑性彎矩的方法。具體的步驟是：

1）為了形成靜定結構，應該去除構件中的超靜定贅余反力，然后繪制荷載作用下此靜定結構的彎矩圖。

2）把贅余反力作用在靜定剛架上，然后在根據(jù)具體要求畫出由贅余反力產(chǎn)生的彎矩圖。

3）把前面的兩彎矩圖疊加，求得成機構的塑性鉸位置，求得截面的最大全塑性彎矩MP。按照唯一性原理，塑性分析的唯一結果，也就是在破壞情況下的彎矩分配必須要同時符合平衡、機構、屈服這3個條件。根據(jù)上述靜力法的分析，一定可以使得平衡條件和機構條件得到滿足，當然，如果找錯了塑性鉸位置，那就很有可能在所確定的塑性鉸位置以外的其他截面上產(chǎn)生大于MP的彎矩，此時，也就完成背離了屈服條件。所以，求得MP后，還需要進行檢查，確保構件的任何一個截面的彎矩的絕對值不超過MP。

3.3門式剛架的截面設計

一般來說，在完成通過內力分析確定截面的塑性彎矩MP后，就可以接著進行截面的初選。盡管門式剛架的柱子和斜梁都是壓彎構件，但是，根據(jù)相關的原理，我們在進行截面的初選時，仍然可以將它們各看做受彎構件，也就是要忽略軸力的影響。而對于純彎構件，在荷載使梁處于全塑性工作階段的背景下，截面上的應力圖形為兩塊矩形，形成塑性鉸，截面上的彎矩為全塑性彎矩，簡稱塑性彎矩，記為（式中：為塑性截面模量，為截面形狀系數(shù)，Wｐ為彈性截面模量，對工字形截面=1.10~1.17，隨截面尺寸不同而變化）。引入荷載分項系數(shù)和抗力分項系數(shù)后，得：。由此可求得所需構件截面的彈性截面模量：，由即可