1、轻型钢结构厂房设计的技术措施探讨【摘要】:本文主要研究了轻型钢结构厂房设计的技术措施，重点探讨了门式刚架轻型钢结构厂房的设计与分析，在门式刚架结构设计中，要综合考虑各种因素、各个环节的影响，合理选用荷载、结构构件、结构布置，以使设计更经济、可靠和合理。 【关键词】:轻型钢结构厂房；门式刚架；刚接；支撑 中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号： 1 门式钢架结构布置 （1）温度区段长度：门式刚架轻型房屋的屋面和外墙采用压型钢板时，其温度区段长度（伸缩缝间距）可适当放宽。一般门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于 300m，横向温度区段长度不大于150m；（2）结构构件布置：
2、在多跨刚架局部抽掉中间柱或边柱处，可布置托架梁或托架；（3）墙架布置：门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型及规格而定，但不应大于计算确定的值；（4）支撑布置：门式刚架结构需要采用各种可靠的支撑结构以加强结构的整体和局部稳定性及力的可靠传递。设计时要求在安装时首先构建稳定的区格单元，再逐榀将平面刚架连接于稳定单元上到完成全部结构。稳定的区格单元形成之前，施加临时支撑固定已安装的刚架。 2 门式刚架结构设计方案选取 22 门式刚架结构的选取 门式刚架的柱脚一般按铰接支承设计，梁、柱截面形式为变高度的楔形构件。当用于工业厂房且有桥式吊车时
3、，宜将柱脚设计成刚接，柱采用等截面构件。中间柱与梁的连接目前多采用铰接处理。这样做构造简单，当跨中反弯矩不太大时可以采用。对于跨中反弯矩较大的情况则宜采用刚接处理。采取端板连接形式，将端板平放与梁的下翼缘连接，这样受力合理，也便于加工安装。当水平荷载较大时，采用中间柱与梁刚接还可增强刚架的侧移刚度。门式刚架局部常设置夹层或是平台。平台柱与基础可刚接，也可铰接;平台主梁与柱可刚接，也可铰接;平台梁与门式刚架柱一般采用铰接。平台节点具体选取何种形式应根据具体工程的荷载、跨度、施工能力等情况进行综合考虑。 23 支撑体系及整体刚度要求 轻钢结构的自重很轻，一般情况下抗震不起控制作用。但须对结构的构造
4、和支撑体系加以注意，应能形成空间稳定体系，以防止整个结构的倒塌。同时由于结构比较柔，为了防止结构变形过大或发生振动，还应十分重视屋面板和墙面板及檩条的构造连接，使它们都能参与结构整体工作，有效地增加结构刚度。轻钢结构要高度重视支撑体系的设计，支撑布置的基本原则是要能独立构成空间稳定结构的支撑体系。同时应按轻钢规程的要求在柱顶和屋脊等刚架转折处设计刚性系杆。刚性系杆可为钢管、H 形钢等，也可用檩条或墙梁。 24 刚架材料选用 因为 Q235A 或 Q345A 钢的含碳量不能保证符合焊接要求，故国家轻钢规程明确规定不宜采用。那么门式刚架的材料采用 Q235B 还是Q345B 呢?这应根据施工季节、
5、供货情况、价格、用钢量等情况综合考虑。有吊车且条件允许的门式刚架可采用 Q345B 制作;但对于无吊车的门式刚架往往由变形控制，如采用 Q345 则强度不能充分发挥，因此采用 Q235较合理。 3 门式刚架结构节点设计方案选取 31 柱脚节点 柱脚节点要与计算简图相一致。对铰接柱脚如柱截面较小、荷载较小，可仅采用一对锚栓的铰接柱脚，否则可采用两对锚栓的柱脚。刚接柱脚可采用带加劲肋的刚接柱脚和带靴梁的刚接柱脚，但后者较少采用。柱脚计算方法可参考普通钢结构的计算方法。需注意的是由于柱脚的锚栓不得用于传递柱脚底部的水平反力，此水平反力由底板与混凝土基础顶面间的摩擦力承受(摩擦系数可取 04)，当水平
6、反力大于摩擦力时，应设置抗剪键。对于门式刚架结构由于自重较轻、水平剪力相对较大，因此一般都需设置抗剪键，在设计中要注意考虑。 32 梁柱连接节点(端板连接) (1)端板连接简述:门式刚架斜梁与柱的连接为刚性连接，此处节点内力较大，是门式刚架最重要的节点之一，目前一般采用端板连接。端板连接是利用构件端部焊接端板与另一构件的端板或柱翼缘连接的节点形式。实践证明这种方式较为经济，比通常的节点连接节省材料和紧固件，现场拼装连接方便。 (2)计算假定的选取:端板连接是一种抗弯连接，端板连接处高强度螺栓承受组合轴向力和剪力，节点板压力分布和螺栓内力分布状态取决于连接的构造、材性、所受荷载等。 (3)连接形
7、式的选取:门式刚架斜梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板平放和端板斜放 3 种形式。 (4)注意保证节点的刚度。因该节点是刚性连接，要求不仅能够承受刚架分析得出的内力，还应保证所连接的构件之间的夹角基本不变。否则刚度假定的计算方法即不成立。为此要注意采取以下构造措施:外伸式端板连接应尽量设置加劲肋。这样做可以使受拉翼缘两侧的螺栓受力趋于均匀，提高节点的抗弯能力，同时还可以有效减小节点板的变形，保证端板有足够的刚度。螺栓的布置应注意保证节点的刚度。截面中部螺栓间距不宜太大，目前规程允许的最大螺栓间距为 400mm，在设计时要注意遵守。明确规定节点焊缝的要求，尤其是构件翼缘与端板之间的焊缝，应采用全
8、熔透对接焊缝，焊缝等级为一级或二级。 4、结构设计分析 4.1 荷载及荷载组合 结构荷载包括永久荷载和可变荷载。永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。可变荷载包括屋面活荷载(设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为 1kN)、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。荷载组合一般应遵从建筑结构荷载设计规范的规定，针对门式刚架的特点， 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程给出下列组合原则： (1)屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值。 (2)积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时
9、考虑。 (3)施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑。 (4)多台吊车的组合应符合建筑结构荷载设计规范的规定。 (5)当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。 4.2 刚架内力及侧移计算 对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法(直接刚度法)编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。变截面门式刚架的柱顶侧移应采用
10、弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求，需采用下列措施之一进行调整：放大柱或(和)梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚；把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。 5 结束语 总之，作为以平面刚架为主要受力单元的轻型钢结构，通过对支撑体系的合理布置、关键节点的处理及其他设计要点的把握，可以做到安全适用、经济合理、确保质量。 参考文献 1GB500172003，钢结构设计规范S 2陈绍蕃端板螺栓连接的强度和刚度J 钢结构，2000(1) 3黄凯旋，黄顺良门式轻钢结构现状与设计探讨J 化工设计，2000，10(6) 4周学军门式刚架轻钢结构设计与施工M 济南:山东科技出版社2002
