对建筑中门式钢架轻型结构体系的分析研究

佛山市高明区明德建筑工程有限公司 区健鹏

对建筑中门式钢架轻型结构体系的分析研究

佛山市高明区明德建筑工程有限公司 区健鹏

门式钢架轻型钢结构体系是近年来建筑行业一个新的发展方向,其在建筑方面的用途十分广泛,具有施工工期短、资金投入少、扩建较灵活、维护费用较低以及供货单一等特点。本文在系统地介绍门式钢架轻型钢结构构造特点的同时,分析其所采用的设计原理,针对设计中的一些问题,提出了一些相关的注意事项和优化措施,以期达到完善门式钢架结构的设计,促进其进一步发展的目的。

门式钢架轻型结构设计

20世纪中叶,我国已经开始对门式钢架轻型结构体系进行实验研究,尤其是近几年来,随着我国钢材产量的增加和各种型号的钢材的大量生产,使得门式钢架结构体系在建筑行业得到广泛的应用,从而,进一步推动了我国钢材的快速发展。但是门式钢架轻型结构在设计和使用过程中还是存在着各种缺陷,本文就设计中应注意的一些问题以及设计中需要改善的地方提出一些相关的建议。

一、门式钢架轻型结构体系的具体特点

门式钢架轻型结构体系近年来在被广泛应用在钢结构建筑的施工过程中。它是用焊接H型的钢作为砥柱,以彩钢板作为墙板,在施工现场用焊接的门式钢架承担主要重量,同时,还有门窗、零件等相对完整的结构体系。这种体系的特点如下:

1.结构构件质量较轻。门式钢架轻型钢结构体系的围护结构多数是由玻璃棉等相对比较轻便的材料构成,这就使得墙面的重量偏低。相关资料表明,单层轻型门式钢架结构的房屋用钢量仅为相同跨度钢筋混凝土结构用钢量的3%～5%,钢结构质量的轻便,在一定程度上也就相应地减少了地基的处理费用。同时,在相同地震动强度下,门式钢架轻型钢结构的所产生反应较小,而且即使在房屋较高的情况下,门式钢架结构的风荷载也能有效地得到控制。

2.施工时间短。门式钢架结构体系中所用的主要机器元件,多是在工厂的车间里,按具体要求严格生产的,首先,质量在很大程度上就有了保证,同时,在施工安装过程中,几乎排除湿作业的可能性,高强度螺栓作为大多数元件的连接构件,不仅操作方便,而且节省了具体安装的时间。

3.柱网布置灵活。门式钢架结构的围护体系不同于传统的钢筋混凝土结构形式,其多采用金属压型板,而不像钢筋混凝土的结构形式那样,还需额外设置托架等。门式钢架结构直接进行柱网布置即可,这样的结构就不会受到模数的限制,相对来说布置形式比较灵活,而相邻柱网之间的距离则需根据具体的施工要求和最大限度的节省钢量为原则来确定。

4.经济效益高。门式钢架结构多以计算机作为其辅助工具,这样不仅缩短了设计的周期、而且在原材料的设计使用过程中,也可以由繁就简,同时,在构件的价格过程中,多采用先进化的技术设备生产、在加快速度的前提下,还在一定程度上提高了生产效率,这样,就使得投入资金的利用周期变短,回收效益明显增加。

二、设计中需注意的事项

1.屋面活荷载的取值。根据《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》的相关规定:屋面的活荷载在不上人的情况下,应为0.5 kN/m2,但作为屋面结构的屋面板和檩条等结构部件的荷载面积应大于60 m2的可乘折减系数0.6,但为了同钢结构的设计规范相匹配,多采用0.3 kN/m2,如超过该值,就会产生安全隐患,尤其要注意的是雪荷载,根据已有经验,当雪荷载大于0.3 kN/m2时,一定要根据雪荷载的大小取值。

2.压型钢板的设计。截面的抗弯刚度往往取决于压型钢板的波高,波高越大抗弯刚度也就越大,截面所能承受的荷载也就相应增大,但是,压型钢板为了满足防火的要求,可根据建筑物的特点、建筑物的结构形式等因素来考虑其填充材料的选材问题,现在常用的压型钢板通常是采用玻璃丝绵等作为其内部填充材料。同时,Q235-A钢则作为建筑工程中的首选钢板。对于大跨度的檩条,屋面板上部要做防水层,在做防水层的同时,还要考虑采用大荷载的波板,将波峰朝下,将彩板底部朝上安装,这样在满足荷载要求的同时,还能使SBS的防水层得到有效粘贴。

3.钢架柱的支撑设计。钢架柱的支撑设计,应该根据钢柱行列所受的纵向的风荷载计算,也就是按照支承于柱脚的竖向悬臂桁架进行计算,对于交叉支撑的部位可不计压杆部分的受力程度。

4.受弯构件的挠度控制。受弯构件的挠度值一般规定为1/180,这个值通常只适用于冷弯型钢檩条和支撑压型钢板屋面,而门式钢架的挠度值最大可为1/ 240,若装有起重机的屋面的檩条的挠度值则要求不大于1/400。

三、门式钢架轻型钢结构体系的优化措施

1.钢架间距的优化。屋面的荷载、钢架的跨度和檩条形式等影响钢架的间距,具体情况如下:钢架的跨度与钢架的间距之间呈相反的比例变化,檩条的用钢量则是随着钢架间距的增大而增大的,因此,只有确定合理的柱间距才能达到既节约钢材,又使设计优化的目的,这样才能推动门式钢架轻钢房屋结构体系的进一步发展。大量的实验数据证明,柱距有一个相对稳定的值,当具体的柱距在这个值以下,那么钢架的用钢量是随着柱距的增大而逐渐减少的,但柱距增大到这个数值后,钢架的用钢量在柱距的增大的情况下,其下降的幅度则不像先前那么明显。

2.结构力学模型的确定。门式钢架轻型钢结构的形式多种多样,例如:多跨钢架结构多采用摇摆柱。当中柱相对较高时,风荷载作用下的柱顶位移就较大,为控制这种情况的发生,柱脚一般做成钢接,在一定程度上还节省了钢材。同时,门式钢架轻型钢结构一般都采用实腹式的梁和柱来适应弯矩的变化,经实践证明,这种方法不但减少了施工过程中截面尺寸的计算次数,而且还优化了人工干预截面的有效范围,在快速得到截面理想尺寸的同时。还保证了构件的整体得稳定性。

[1]陈绍蕃.门式钢架轻型房屋钢结构技术规程[M].北京:中国计划出版社,2008

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