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工程管理前沿【2020年第01期】

  • ID:271612
  • 浏览:7412
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-03-24 16:24:05
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

门式刚架轻型钢结构房屋设计特点分析

2020-04-07 13:10:21 工程地质学 于振振
资料简介

摘要: 根据门式刚架轻型钢结构房屋设计特点,讲述了其结构组成及结构布置,并提出了各构件的计算内容及节点设计方法。

门式刚架轻型钢结构房屋设计特点分析

于振振

铜陵有色设计研究院有限责任公司,铜陵 244000

摘要:根据门式刚架轻型钢结构房屋设计特点,讲述了其结构组成及结构布置,并提出了各构件的计算内容及节点设计方法。

关键字:门式刚架;结构形式与布置;构件计算;节点设计

0 引言

门式刚架为轻型房屋钢结构,最大的特点就是结构自重轻、结构简单、跨度大且施工周期短,可分为单跨、多跨刚架以及带挑檐和带毗屋的刚架,柱网布置灵活,也可分为有吊车和无吊车刚架。随着钢结构构件加工工艺的提高以及门式刚架的种种优点,使得门式刚架结构广泛应用于工业建筑厂房、临时建筑及简易民用建筑等工程建设项目。

1结构形式与布置

门式刚架结构可视为一种平面受力体系结构,各种支撑负责承担平面外的主要荷载。一般的门式刚架主要由边柱与斜梁以刚接方式组成,柱脚铰接与基础形成一个几何不变体系;当有较大荷载吊车时,柱脚一般采用刚接形成超静定几何不变体系;中柱与斜梁的连接可以采用铰接,也可采用刚接,当中柱承担吊车荷载时一般采用刚接;两榀门式刚架平面外方向采用支撑及檩条连接,屋面布置横向水平支撑、刚系杆及屋面檩条,墙面布置柱间支撑及墙面檩条,支撑与刚架共同组成空间稳定结构体系。

1.1结构组成

刚架结构柱及屋面梁一般采用实腹式热轧H型钢或格构式构件,根据门式钢架的受力特点,为了节省建筑材料,柱及屋面梁一般采用变截面,跨度较大时屋面梁应采用拼接。

屋面及墙面檩条一般采用冷弯薄壁型钢构件,如薄壁C型钢、薄壁Z型钢、高频焊H型钢以及轻型槽钢等;当柱距大于12m时,冷弯薄壁型钢构件很难满足使用要求,通常采用桁架式檩条。檩条通过安装螺栓与主体钢架连接,承受维护结构传递的荷载并将其传递给刚架,虽然刚架承担着檩条的荷载,但檩条对刚架有侧向支撑作用,可提高刚架的整体稳定性。

屋面板及墙面板常采用压型钢板等轻型复合材料,通过自攻螺钉与檩条连接,直接承受风、雪及施工荷载,并将其传递给檩条,同样对檩条产生侧向支撑作用提高其整体稳定性。

屋面支撑和柱间支撑一般采用张紧的圆钢交叉支撑,按拉杆设计,且应布置在同一开间内;当有吊车时,屋面支撑及上柱柱间支撑宜采用角钢或其他型钢支撑,可按拉杆设计,下柱柱间支撑一般采用双片角钢或其他型钢支撑,支撑中的刚性系杆应按压杆设计。

1.2结构布置

刚架柱网的布置应满足建筑生产工艺的需要,一般刚架跨度在21~27m最为经济,跨度太小总的基础造价偏高,跨度太大刚架构件的用钢量较大;柱距通常采用6~10m以适用冷弯薄壁型钢檩条,柱距太大需采用桁架式檩条必然增加造价。

刚架定位轴线与温度伸缩缝的确定应符合相关的标准1】及规范2】的要求,对于伸缩缝的做法可归结为以下几点:对于简单的无吊车刚架,可将檩条的连接孔改为椭圆长形孔,并在该处设置允许胀缩的防水包边板;对于带吊车的刚架,柱间支撑间距应尽量减小,并在伸缩缝处设置双柱;对于横向宽度较大的刚架,采用高低跨的布置方式可有效降低温度应力的影响。

刚架平面外支撑应符合相关规范2】的要求,在温度区段或分区建设的区段中,支撑应沿建筑对称布置,使其能形成独立的空间稳定结构的支撑体系。简易无吊车刚架一般设置柱间支撑及横向水平支撑,无需设置纵向水平支撑,当刚架有桥式吊车、高低跨相连、刚架高度大于15m、柱距大于10m、风荷载较大以及建筑平面布置不规则时,宜在边柱设置通长的屋盖纵向水平支撑与横向水平支撑共同形成封闭支撑体系。

刚架山墙墙架一般由边柱、斜梁、抗风柱、墙面檩条和墙面板组成,抗风柱下端与基础连接可以刚接也可以铰接,顶部与斜梁一般采用弹性连接,避免承受斜梁传递的竖向荷载,当屋面材料能够适应较大变形时,抗风柱柱顶也可采用固定连接;当抗风柱作为压弯构件验算强度及稳定性时,可在抗风柱与墙面檩条间设置隅撑减小平面外稳定计算长度,或者设置柱间交叉拉杆支撑。

2门式刚架的计算

刚架的横向受力体系由边柱、斜梁及中柱组成,提供整体的抗侧移刚度,并承担计算刚架单元两边各柱距一半的竖向及水平荷载;纵向受力体系是由柱间支撑及水平支撑构成的纵向支撑体系,承受吊车制动力、风荷载及地震作用力等所有的纵向荷载,其传力路径以山墙的风荷载为例:山墙面直接承受风荷载作用,抗风柱承受由墙面檩条传递的水平力,并由抗风柱根据自身的抗弯能力将纵向荷载分别传递到柱顶和柱底基础,然后柱顶的水平力由屋盖水平支撑传递给柱间支撑,最后传到基础上。

2.1刚架梁计算

变截面刚架斜梁计算时可忽略轴向力的作用,分为强度计算和稳定性计算,并满足构造要求。强度计算分为正应力、剪应力、剪力和弯矩共同作用下的强度计算,且采用有效净截面计算;稳定性计算分为整体稳定性、翼缘有侧向支撑的整体稳定性、隅撑-檩条体系支撑的整体稳定性以及梁受压板件的局部稳定与屈曲后强度计算,采用有效截面计算。

2.2刚架柱计算

变截面柱作为压弯构件,其主要承受弯矩、轴力作用,剪力相对较小。变截面柱计算同斜梁计算分为强度计算和稳定性计算,并满足构造要求,其中变截面柱计算长度应按照规范2】附录A的要求。在工程设计中经常遇到由于刚架柱的平面外计算长度过大导致计算不满足的情况,通常采用在墙面檩条与柱间设置隅撑或者在柱间设置纵向桁架的方式减小刚架柱的平面外计算长度。

3门式刚架的节点

3.1柱脚连接节点

柱脚连接宜采用平板式铰接柱脚,也可采用刚接柱脚,剪应力不能满足要求在柱底应增加抗剪键。铰接柱脚仅传递剪力和轴力,刚接柱脚还能承受弯矩。相对于铰接柱脚,一般采用刚接柱脚时,可以减小柱顶的位移和刚架柱截面的内力,基础同样会承受较大的弯矩,柱脚锚栓增多,柱端底板增大,导致基础短柱和基础底面积增大。因此,柱脚宜采用平板式铰接柱脚,当结构构造复杂或是有独特要求时采用刚接柱脚。

3.2斜梁与柱连接节点

斜梁与柱的连接通常采用高强度螺栓端板连接,节点的刚度依靠端板的厚度和高强度螺栓的预拉力保证。当斜梁与柱刚接连接时应采用端板外伸式,且宜设加劲肋加强端板刚度,可分为端板竖放、端板横放、端板斜放三种;斜梁与摇摆中柱及抗风柱连接时应采用铰接节点,铰接节点的螺栓应布置在构件截面内部,宜采用柱顶端板连接方式,斜梁下翼缘在节点连接处应适当加厚,其厚度与节点处柱子端板厚度一致。

3.3斜梁与斜梁连接节点

斜梁拼接节点分为两种:第一种为脊节点,主要是从结构上解决屋面坡度变化;第二种为拼接点,主要是便于变截面梁的选用,以及解决跨度较大斜梁的运输问题,因此,斜梁拼接节点宜设置在斜梁内力较小的位置。

4结语

门式刚架结构虽然有着结构布置简单、施工周期快等诸多优点,但是也存在着防火防腐等性能不足的缺陷,以及规范2】适用的局限性,限制了门式刚架结构适用的广泛性,刚架与支撑共同组成的空间结构体系的受力性能也还需进一步研究。