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浅谈门式刚架的设计与应用

本主题由 john 于 2012-12-17 8:07:00 执行 设置分类 [查看记录]


浅谈门式刚架的设计与应用  
轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式,广泛应用于工业、居住和公共建筑,具有施工速度快、建筑造型美观、钢材用量少、造价低廉等优势,而门式刚架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式,在我国更是大量涌现。近几年来,随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H型钢的出现,门式刚架更是发展迅猛,我国建成此类结构工程已达800多万平方米,而且每年以约100多万平方米的速度增加。目前,门式刚架从设计、制作到安装我兴旺公司已形成完全一体化,通过多年来的工程实践,在门式刚架设计与应用方面积累了一点有益经验。
一. 屋面活荷载取值
门式刚架结构设计的主要依据为《钢结构设计规范》(GB17-88),《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB18-87)和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:98),对于屋面结构,《钢结构设计规范》规定活荷载为0.5KN/m2,但构件的荷载面积大于60 m2的可乘折减系数0.6,门式刚架符合此条件,活荷载取为0.3KN/ m2,国外这类房屋设计时,要考虑0.15-0.5N/ m2的附加荷载,我国无此规定,现在有的框架梁太细,檩条太小,明显有克扣荷载现象,遇到大风或其他原因造成超载,很容易出安全问题,因此屋面活荷载的取值决不能再小,不能在有限的活荷载中挖潜。
二. 合理跨度的确定
不同的生产工艺流程和使用功能在很大程度上决定着厂房跨度,有的业主甚至要求轻钢生产厂家根据自己的使用功能,确定较为经济的跨度。在尽可能满足生产工艺和使用功能上,应根据房屋的高度确定合理的跨度。一般情况下,当柱高、荷载一定时,适当加大跨度,刚架的用钢量增加不太明显,但节省空间,基础造价低,综合效益较为可观。通过大量计算发现,当檐高6m、柱距为7.5m,荷载情况完全一致下,跨度在18-30m之间的刚架单位用钢量(Q235-B)为18-28kg/ m2,当跨度在21-48m之间的刚架单位用钢量为25-40kg/ m2,当檐高为12m、跨度超过48m时宜采用多跨刚架(中间设置摇摆柱),其用钢量较单跨刚架节约18%左右,因此设计门式刚架时应根据具体要求选择较为经济的跨度,不宜盲目追求大跨度。
三. 刚架最优间距的确定
刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关,当刚架跨度较小时,选用较大的间距,会增加檩条的用钢量是不经济的。刚架规范规定,刚架柱距宜为6m,7.5m,9m,最大可采用12m。经过大量计算发现,随着柱距的增大,刚架的用钢量是逐渐下降的,但当柱距增大到一定数值后,刚架用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓,而其他如檩条、吊车梁、墙梁的用钢量会随着柱距的增大而增大,就房屋的总用钢量而言,随着柱距的增大先下降而后又上升。因此,在一定条件下,门式刚架存在着一最优间距,下表列出在一般情况下不同跨度所对应的最优间距:

跨度(m) 最优柱距(m)
9---12m 5.5m
12---18m 6m
18---36m 6—7.5m
36---35m 7.5—9m
45m以上 9m
综上所述,一般情况下,门式刚架的间距应在6—9m之间,超过9m时,屋面檩条与墙架体系的用钢量增加太多,综合造价并不经济。
四. 柱脚的抗风措施
在工程实例中,有的刚架在大风时柱子被拔起,其主要原因不是刚架计算失误,而是设计柱间支撑时未考虑支撑传给柱脚的力,尤其是房屋纵向尺寸较小时,只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载,支撑传给柱脚的拉力很大,若柱脚没有采取可靠的抗拔措施,很可能将柱子拔起,因此,在风荷载较大的地区刚架柱受拉时,在柱脚应考虑抗拔构造,如锚栓端部设锚板等。
总结
  轻型门式刚架结构具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点,在工业厂房中得到较为广泛的应用。但是,我国轻钢结构毕竟起步较晚,在理论与实践中与国外尚有很大差距,在实际工程设计中,由于门架变截面件的截面尺寸需要经过多次试算才能确定,加之目前设计人员的设计经验还不够丰富,杆件截面的选择也不尽合理,容易造成整体结构各杆件应力不均,不仅经济指标不够理想,而且整体结构的安全度也不高,为了安全、经济地设计门式刚架,还需要设计人员进一步研究我们的设计观念和存在问题,确保工程的设计质量,推动门式刚架轻型钢结构的进一步发展。
类似工程技术比较表
工程名称 蓟县紫砂厂 宁河低度酒厂 宁河物料库
建筑面积   7100m2 2666m2 3280m2
刚架跨度 34m 24m   57.6m
柱距尺寸 7.5m 7.5m 7.5m
屋面活荷载 0.3KN/ m2 0.3KN/ m2 0.3KN/m2
单位用钢量 22Kg/ m2 18Kg/ m2 24Kg/ m2
(以上用钢量为主刚架单位用钢量)
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