轻钢厂房的结构设计探讨

陈延军

摘要：轻型钢结构是在普通钢结构的基础上发展起来的一种新型结构形式，它包括所有轻型屋面、支撑系统及钢骨架。本文探讨了轻钢厂房的结构设计。

关键词：轻钢;厂房;结构设计;特点;措施

前  言

轻钢结构形式较简单，设计计算并不复杂，在设计中主要解决的是怎样既节省材料又便于安装，同时要保证安全、实用、美观，在设计中把两者有机的结台起来，尽力遵守经济、美观、安全、便于施工及实用的原则。

一、轻钢厂房的特点

1.轻型门式刚架厂房具有大跨度、大空间、分隔使用灵活， 施工速度快， 施工周期短的特点。对投资方来说投资回报快， 综合经济效益较高。

2.轻型钢结构有较好的经济指标，不仅自重轻、钢材用量省、施工速度快，而且它本身具有较强的抗震能力，并能提高整个房屋的综合抗震性能。轻钢结构形式较简单，设计计算并不复杂，在设计中主要解决的是怎样既节省材料又便于安装，同时要保证安全、实用、美观。

3.空间设置灵活。门式刚架采用金属压型板封闭，因而柱网布置不受模数制约，柱距大小可以根据使用要求来确定。

二、轻钢厂房的结构设计措施

1.明确判定结构类别

在钢结构厂房设计中常用的规范有《钢结构设计规范》 ，《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》 ， 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 ， 《建筑结构抗震设计规范》 和《建筑结构荷载规范》 。这些规范对普通钢结构和轻钢结构有着明确的界定和完全不同的规定。对于不同的结构体系采用不同的理论分析方法，规范条文和限值差异很大。因此设计时应先确定结构的类别再选用规范或规程中相应的规定进行设计， 避免错用或混用。

2.结构设计

2.1 支撑体系。支撑体系的主要作用是： 将各个平面刚架联结组成具有空间刚度和稳定的整体结构; 为结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撑点; 明确、合理、简捷地传递风力、温度应力、地震力以及吊车纵向水平力等纵向荷载。屋面支撑的布置应与山墙抗风柱的位置相协调， 使抗风柱的柱顶反力直接传到屋面横向支撑的节点上。屋面横向水平支撑的直腹杆（ 包括屋脊处和柱顶处） 应按刚性系杆考虑， 采用檩条兼做时， 应对檩条的刚度和承载力进行验算。当檩条无法起到刚性直腹杆的作用时， 通常应在屋脊处、柱顶处以及屋面设置横向水平支撑直腹杆， 在刚架斜梁间设置钢管、H 形钢或其他截面形式的刚性杆件， 以保证房屋纵向结构安全可靠地工作。带吊车的工程由于厂房较高、刚架构件截面刚度较大， 次构件刚度不足以约束主构件， 对于所有的柱间支撑均采用了较强的角钢支撑。

2.2 隅撑的设置。隅撑是用来保证斜梁下翼缘或刚架柱内侧翼缘受压稳定的重要措施。隅撑按以下原则来布置： 在每跨靠近梁端的负弯矩范围内连续两根檩条下设置隅撑， 其他地方每间隔一根檩条设置隅撑。隅撑成对布置， 与梁和檩条均采用单个螺栓连接。梁的平面外计算长度可取隅撑间距。带吊车厂房为确保吊车梁对柱子的支撑效果， 在边柱的吊车梁上翼缘设置了隅撑。由此来形成对柱子的侧向支撑， 同时大大减小了边柱在纵向刹车力作用下的扭转效应。当山墙抗风柱与刚架斜梁下翼缘连接时， 连接处的斜梁下翼缘亦设置隅撑。

2.3 拉条的设置。对于有檩体系的压型钢板轻型屋面， 为了减少檩条在使用阶段和施工过程中的侧向变形和扭转， 通常在檩条间设置拉条（ 包括斜拉条和撑杆， 以下同） 作为檩条的侧向支点， 以保证檩条的侧向稳定。当檩条跨度大于4 m 时， 应在檩条跨中设置一道拉条;当檩条跨度大于6 m 时， 应在檩条跨度三分点处各设一道拉条。拉条按拉杆设计， 当采用圆钢时直径不宜小于10 mm。撑杆按压杆设计， 多采用钢管或角钢制作。圆钢拉条通常设置在距檩条上翼缘1/ 3 腹板高度范围内。当风吸力作用下檩条下翼缘受压时，屋面板宜采用自攻螺钉直接与檩条连接， 拉条则宜设在檩条下翼缘附近; 当屋面采用扣合式或咬合式钢板时， 宜分别在距檩条上下翼缘1/ 3 腹板高度范围内同时设置拉条。

2.4 梁柱截面及节点的设计。轻钢结构的经济性在于它的变截面， 变截面设计也取决于工厂的加工能力。设计人员在设计时要充分利用变截面特点合理设计截面， 影响H 形截面抗弯能力的因素有截面高度、翼缘宽度和翼缘厚度。增加截面高度是提高截面抗弯能力最有效的方法，由于轻钢结构腹板都很薄， 用钢量增加不多， 但抗弯能力增加很多。经济的设计不但要变截面高度， 更重要的是要变翼缘的宽度、厚度及腹板的厚度。

主结构制作单元的选择也是非常重要的， 要根据弯矩图来选择连接节点， 在受力较小的部位拼接， 为便于运输， 制作单元不宜出现超长构件， 一般选6 m ～ 11 m 为宜。解决节点抗弯问题， 螺栓布置要尽量靠外侧， 以提供较大抵抗力矩。梁柱接头设计， 端板横放是受力比较好、易于加工的一种，充分利用墙梁空间加大力臂， 提高抗弯能力， 安装时， 柱提供临时支座， 以便于对正螺孔和安装螺栓; 端板斜放是受力最好的一种， 对角线提供了最大力臂， 但加工精度要求高; 端板竖放除柱翼板要拼接外， 螺栓处在弯矩剪力最大的地方， 受弯矩和剪力共同作用， 安装也不便。最后还要指出一点， 对柱脚应进行抗剪验算（ 特别是有柱间支撑的柱脚） ， 当抗剪不足时， 应设置抗剪键。

2.5 带隅撑檩条的设计。对于带隅撑冷弯薄壁檩条的设计，很多工程中，檩条的承载力没有考虑隅撑受力的叠加，隅撑与檩条的连接也不满足规范要求。对于翼缘宽度和厚度都比较大的柱、梁截面，当采用隅撑来保证其侧向稳定时，一般薄壁型钢檩条的厚度已经不能保证连接的强度，其抗弯性能也不能满足隅撑轴力的要求，这是就要加强相关檩条的壁厚和抗弯能力。比如900mm×8mm×220mm×12mm 的工字型截面，Q345 钢，双侧布置时单侧需要的隅撑轴力为11.7KN，采用M12 的單个普通螺栓，C160 的6m 跨檩条（Q345 钢），连接计算需要的檩条厚度为2.6mm（但有些工程中用到了1.5mm 厚），隅撑对较不利一侧檩条的跨中弯矩贡献为4.14kN·m，约等于恒荷载+ 活荷载+ 施工荷载总弯矩的70%。

2.6 纵横向温度伸缩缝的处理。对于纵向温度伸缩缝通常可采用设置双列柱的方法处理， 也可采用一种单柱的处理方法。首先在厂房中部选取一榀适当的刚架， 通过这榀刚架将厂房分为两部分， 然后将任一部分上的所有纵向构件与该榀刚架的连接节点都做成可滑动的节点， 同时将刚架上的屋面板、墙面板也处理成可以伸缩的构造， 整个厂房结构在工作时可通过这些节点构造的滑动伸缩来释放温度应力。与该榀刚架相连的纵向构件主要有檩条、墙梁、吊车梁等构件， 这些构件与刚架的连接节点采用开长圆孔的做法。由于屋面、墙面围护板均为彩色压型钢板， 其自身的变形能力强， 吊车梁系统已考虑纵向伸缩， 采用在构件上开长圆孔的做法可以满足节点有足够的滑动能力。

三、结束语

总之，设计中我们注意研究了项目投资和收益的关系， 注意研究了不同结构体系方案和设计中出现的各类技术问题， 从而提高了设计质量和自身的技术水平， 也使所涉及项目的建设取得了成功。

参考文献：

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[2]刘京，浦海芹.  对轻钢厂房设计几个常见问题的分析[J]. 辽宁建材. 2006（02）.

[3]江鲜华.  单层门式刚架轻型房屋钢结构的设计要点[J]. 宁波化工. 2008（01）.