華中重鋼有限公司門式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、適用范圍及常用形式

輕型門式剛架是梁柱采用剛性連接的單層鋼結(jié)構(gòu)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、自重輕、受力合理、施工方便等特點(diǎn)，并便于工廠、標(biāo)準(zhǔn)化的加工制作。

門式剛架的適用范圍為輕型工業(yè)建筑，無橋式吊車或僅有起重量不大于20t的中、輕級(jí)工作制橋式吊車或3t懸掛式起重機(jī)的單層房屋鋼結(jié)構(gòu)。由于門式剛架構(gòu)件板件厚度較薄，其不宜用于較強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中。

門式剛架根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可分為單跨（圖3-1a）、雙跨（圖3-1b）、多跨（圖3-1c）剛架以及帶挑檐的（圖3-1d）和帶毗屋的（圖3-1e）剛架等形式。多跨剛架中間柱與斜梁的連接一般采用鉸接，多跨剛架宜采用雙坡或單坡屋蓋（圖3-1f），必要時(shí)也可采用由多個(gè)雙坡屋蓋組成的多跨剛架形式（圖3-1g）。 其梁柱截面可為等截面或變截面，柱腳一般為鉸接或剛接。

一、建筑物長與寬的選擇

     一般來說，在布置柱網(wǎng)時(shí)應(yīng)遵循長度大于寬度的原則，能減輕剛架用鋼量，同時(shí)也能減少柱間支撐的風(fēng)荷載，從而降低支撐系統(tǒng)的用鋼量。  

例1：建筑物尺寸為60x50m,則在布置廠房時(shí)應(yīng)將60m作為長度方向，50m作為跨度方向，即：60(L)x50（W），而不是50（L）x60(W).

二、柱距選擇

技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表明，標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的柱距是8～9m，超過9m時(shí)，屋面檁條與墻架體系的用鋼量增加太多，綜合造價(jià)并不經(jīng)濟(jì)。這里標(biāo)準(zhǔn)荷載是指：屋面活載0.3KN/m2，基本風(fēng)壓0.5KN/m2，當(dāng)荷載更大時(shí)，經(jīng)濟(jì)柱距應(yīng)相應(yīng)減少。對于帶有10噸以上行車的廠房，經(jīng)濟(jì)柱距應(yīng)該是6～7m。  在布置柱距時(shí)，如需采用不等柱距時(shí)，應(yīng)盡量將端跨柱距布置得比中間跨小，這是由于端跨風(fēng)荷載要比中間跨大，另外在采用連續(xù)檁條設(shè)計(jì)時(shí)，端跨的撓度及跨中彎距總是比其他跨要大。采用較小的端跨能使屋面檁條設(shè)計(jì)更方便節(jié)省。  

例1：建筑物長度 = 70m  

經(jīng)濟(jì)柱距可?。? @ 7 + 7 @ 8 + 1 @ 7  或者1 @ 8 + 6 @ 9 + 1 @ 8

例2：建筑物長度 = 130m ，行車10噸  

經(jīng)濟(jì)柱距可取：1 @ 5.5 + 17 @ 7 + 1 @ 5.5  或者20 @ 6.5  

三、合理跨度的確定

不同的生產(chǎn)工藝流程和使用功能在很大程度上決定著廠房跨度，有的業(yè)主甚至要求輕鋼生產(chǎn)廠家根據(jù)自己的使用功能，確定較為經(jīng)濟(jì)的跨度。在盡可能滿足生產(chǎn)工藝和使用功能上，應(yīng)根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度。一般情況下，當(dāng)柱高、荷載一定時(shí)，適當(dāng)加大跨度，剛架的用鋼量增加不太明顯，但節(jié)省空間，基礎(chǔ)造價(jià)低，綜合效益較為可觀。通過大量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檐高6m、柱距為7.5m，荷載情況完全一致下，跨度在18-30m之間的剛架單位用鋼 量（Q345-B）為10-15kg/ m2，當(dāng)跨度在21-48m之間的剛架單位用鋼量為12-24kg/m2 ，當(dāng)檐高為12m、跨度超過48m時(shí)宜采用多跨剛架（中間設(shè)置搖擺柱），其用鋼量較單跨剛架節(jié)約40%以上，因此設(shè)計(jì)門式剛架時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求選擇較為經(jīng)濟(jì)的跨度，不宜盲目追求大跨度。 

四、屋面坡度選擇

屋面坡度需要按照屋面板的構(gòu)造與排水坡面長度及柱結(jié)構(gòu)高度等綜合因素考慮確定，一般取1/10~1/30。研究表明不同的屋面坡度對剛架的用鋼量有較大的影響。    以下為我們通過對單跨42m，檐口高度為6m的在不同屋面坡度下的用鋼量進(jìn)行計(jì)算分析得出的結(jié)果，當(dāng)屋面坡度為 0.5:10 時(shí)，一榀框架重量為：3682 Kg當(dāng)屋面坡度為 1.0:10 時(shí)，一榀框架重量為：3466 Kg當(dāng)屋面坡度為 1.5:10時(shí)，一榀框架重量為：3328 Kg當(dāng)屋面坡度為 2.0:10時(shí)，一榀框架重量為：3240 Kg  可以看出，對于單跨剛架，一種較好的減少剛架重量的方式是屋面坡度，坡度越大用鋼量越節(jié)省。  然而對于多跨框架來說情況就不同了，坡度大反而會(huì)增加框架用鋼量，這是由于大的坡度將導(dǎo)致內(nèi)柱長度增加。當(dāng)建筑物跨度較大時(shí)，坡度增加能降低屋面鋼梁的撓度。  通過研究計(jì)算，較經(jīng)濟(jì)的坡度為：多跨建筑：1:20  單跨，跨度小于45 m： 0.5:10單跨，跨度小于60m：1.5:10  單跨，跨度大于60 m：2.0:10  

實(shí)際上，屋面坡度的選取還與建筑有無女兒墻有關(guān)系，坡度則將會(huì)導(dǎo)致女兒墻造價(jià)的增加。  

五、檐口高度選擇

檐口高度對造價(jià)影響較大，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：  

1．檐口高度增加將導(dǎo)致墻面板面積增加，墻面檁條增加，同時(shí)柱的用鋼量也將增加；  2．如果鋼柱無側(cè)向支撐（如中柱，或邊柱無法設(shè)置隅撐），則檐口高度對框架重量影響將更為突出；3．檐口高度增加，將導(dǎo)致作用在框架上的風(fēng)荷載增加。如果檐口高度/建筑寬度>0.8，為控制側(cè)向位移，有時(shí)甚至需要將柱腳由鉸接改為剛接。  

檐口高度由以下因素決定：

1． 檐口處的凈高要求；  2．有夾層時(shí)，夾層的凈高要求及夾層梁高度；3．有吊車時(shí)，吊車梁及吊車吊鉤高度。

六、溫度區(qū)段

根據(jù)輕鋼規(guī)程，縱向長度不大300m，橫向不應(yīng)大于150m?？v向溫度區(qū)段的伸縮縫設(shè)置可采用雙柱布置（圖3-2a），或者將檁條連接采用橢圓孔的單柱伸縮縫(圖3-2b)。  
這里需要說明的是規(guī)程所規(guī)定的長度并非是所有建筑都允許所能達(dá)到的長度。對于不同建筑，應(yīng)根據(jù)建筑物本身的使用條件，所在地的自然條件，根據(jù)計(jì)算所能出的溫度區(qū)段。

七、支撐布置

（一）支撐的作用  

在門式剛架柱網(wǎng)的每個(gè)溫度區(qū)段間，應(yīng)布置完整的支撐體系，以形成完整的空間結(jié)構(gòu)體系。輕型門式剛架沿寬度方向的橫向穩(wěn)定性，是通過剛架的自身剛度來抵抗所承受到的橫向荷載而保證的。由于在長度方向的縱向結(jié)構(gòu)剛度較弱，需要沿縱向設(shè)置支撐，以保證其縱向穩(wěn)定性。支撐所受力主要是縱向風(fēng)載、吊車剎車力和地震作用以及溫度作用等；計(jì)算支撐內(nèi)力時(shí)一般假定節(jié)點(diǎn)為鉸接，并忽略偏心的影響，并且一般的支撐都是按拉桿考慮。所以，一般適宜雙向布置。

（二）支撐的常見類型  

圖3-3顯示了屋面支撐的一般布置方式及作用在山墻上的風(fēng)荷載的力的傳遞路徑。輕型門式剛架常用的柱間支撐類型見圖3-4。由于建筑功能及外觀要求，或者工藝設(shè)備布置，上述支撐都不允許使用時(shí)，可考慮使用縱向框架。這時(shí)需要利用柱弱軸的抗彎剛度。

（三）支撐設(shè)置的基本原則  

1．盡管有的屋面板有一定的蒙皮效應(yīng)，但這種作用目前還很難去量化，因此在設(shè)計(jì)支撐時(shí)還不能考慮這種蒙皮效應(yīng)；  

2．柱間支撐應(yīng)盡量與屋面支撐設(shè)在同一跨，當(dāng)由于墻面有門洞而無法設(shè)置時(shí)，可以將柱間支撐設(shè)在臨跨;  

3．通常來說，支撐的間距一般不宜超過5跨；當(dāng)無吊車時(shí)宜取30~45m，有吊車時(shí)，間距一般不宜大于60m；  

4．屋面支撐需要在屋脊處斷開。（見圖3-3）

5．以下情況需要考慮設(shè)置縱向水平屋面支撐  

（1）當(dāng)有抽柱時(shí)，如局部抽柱，僅局部設(shè)縱向支撐即可，見圖3-5a；（2）當(dāng)柱距較大，邊柱采用假墻架柱的方案時(shí)，見圖3-5b；（3）吊車噸位大于15噸，且?guī)в旭{駛室。

6．當(dāng)建筑寬度大于60m時(shí)，在內(nèi)列柱宜適當(dāng)增加柱間支撐，當(dāng)不能布置交叉支撐時(shí)，可采用圖3-4b，3-4c的支撐形式。也可以不增加內(nèi)部柱間支撐而采取加大屋面支撐或柱間支撐的規(guī)格的方式，此時(shí)需要嚴(yán)格進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，確保支撐受力。  

7．在同一柱列，不應(yīng)將不同類型的支撐混用，否則剛度小的支撐受力小，起不到應(yīng)有的作用，而剛度大的支撐由于超負(fù)荷工作而破壞。柱間支撐應(yīng)優(yōu)選選擇使用交叉支撐。  

8．下列情況柱間支撐需要分層設(shè)置。  

（1）當(dāng)有高低跨時(shí)（或帶有通長大雨蓬時(shí)），需要在高低跨處（或大雨蓬處）分層設(shè)置柱間上支撐和下支撐（見3?6a)；  （2） 當(dāng)檐口高度大于9m,可根據(jù)支撐的夾角設(shè)置雙層柱間支撐，交叉支撐與水平面的夾角以45°為佳，不宜大于55°；  （3）有吊車時(shí)，需在吊車梁處分層設(shè)置柱間上支撐和下支撐。端開間可不設(shè)下層支撐以減少吊車梁的溫度應(yīng)力（見3?6b)。

9．柱間交叉支撐可選用張緊的圓鋼、角鋼或圓（方）管，當(dāng)柱間支撐所承受的內(nèi)力較大或廠房吊車噸位大于5噸，不宜使用圓鋼支撐，此時(shí)可采用角鋼支撐或圓（方）管支撐。

（四）隅撐的作用與設(shè)置  

隅撐的作用主要是阻止梁的下翼緣及柱的內(nèi)側(cè)翼緣失穩(wěn)。并在設(shè)計(jì)計(jì)算中作為減少梁柱的平面外計(jì)算長度的不利側(cè)向支撐間的間距。隅撐之所以要設(shè)，是因?yàn)閯偧苄绷旱氖芰Φ淖兓Ｔ诤愫奢d和活荷載等荷載組合作用下，一般的梁受力是上翼緣受壓，下翼緣受拉，這樣檁條與鋼梁的有效連接為梁上翼緣的穩(wěn)定提供了可靠的支撐，上翼緣的穩(wěn)定可以保證。但是在受到風(fēng)吸力荷載作用時(shí)時(shí)，下翼緣受壓，上翼緣受拉，這樣下翼緣的穩(wěn)定性沒有可靠的平面外支撐，因此需 要在梁的下翼緣上加設(shè)隅撐給鋼梁的下翼緣提供支撐。隅撐一邊與梁的下 翼緣連接，一邊與檁條連接。隅撐通常為隔道設(shè)置，所以一般情況下梁的平面外計(jì)算長度取兩倍的檁條間距。隅撐的做法參見圖3-7。