混凝土框排架柱H型鋼屋面梁廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

混凝土框排架柱H型鋼屋面梁廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)設(shè)計(jì)中越來越多的被采用。尤其是，廠房柱采用混凝土柱、屋面梁采用H型實(shí)腹鋼梁的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于該結(jié)構(gòu)形式規(guī)范還沒有提出明確的規(guī)定。文章就上述問題進(jìn)行初步探討。

0引言

所謂輕鋼廠房是指以彩鋼板作為屋面和墻面，以薄壁型鋼作檁條和墻梁，以等截面或變截面的焊接“H”型截面作為梁柱，現(xiàn)場(chǎng)用螺栓或焊接拼接的門式剛架為主要結(jié)構(gòu)的一種建筑，再配以零件、扣件、門窗等形成比較完善的建筑體系，即輕鋼結(jié)構(gòu)體系。這種體系由工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)按要求拼裝形成。輕鋼建筑在一些發(fā)達(dá)國家已被廣泛應(yīng)用于工廠、倉庫、體育館、展覽館、超市等建筑。在我國，隨著壓型鋼板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼的引進(jìn)和發(fā)展，輕鋼結(jié)構(gòu)體系也引起了普遍的重視。在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中，鋼結(jié)構(gòu)以其自重輕、建設(shè)周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、外表美觀、造價(jià)低、可作大跨度、抗震性能好、現(xiàn)代感強(qiáng)、易維護(hù)等優(yōu)勢(shì)越來越受到建設(shè)單位的青睞，跨度也越做越大，30米以上跨度已屢見不鮮。這必將成為以后設(shè)計(jì)的主導(dǎo)方向。

1計(jì)算模型

混凝土柱與鋼梁采用鉸接連接，混凝土柱底采用剛接（圖1），多跨情況下的中間混凝土柱與鋼梁的連接，鋼梁連續(xù)，混凝土柱鉸撐于鋼梁底面。

2設(shè)計(jì)的規(guī)范依據(jù)

這類結(jié)構(gòu)形式顯然已經(jīng)超出《門規(guī)》的使用范圍，且計(jì)算模型也與《門規(guī)》第4.1.2條界定的模型有明顯區(qū)別，結(jié)構(gòu)類型應(yīng)按“單層鋼結(jié)構(gòu)廠房”，抗震地區(qū)且選擇了地震作用計(jì)算，PKPM（STS）程序會(huì)按照《抗震規(guī)范》第九章關(guān)于單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的規(guī)定進(jìn)行控制；混凝土柱應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相應(yīng)要求，鋼梁滿足《鋼規(guī)》相關(guān)要求，當(dāng)采用工字形變截面梁時(shí)，屋面坡度使梁構(gòu)件中必然存在軸力，由于《鋼規(guī)》僅把屋面梁作為受彎構(gòu)件計(jì)算，無法計(jì)算軸力對(duì)梁構(gòu)件的影響，而《門規(guī)》把屋面梁作為壓彎構(gòu)件計(jì)算，故梁構(gòu)件承載力的校核應(yīng)采用按《門規(guī)》進(jìn)行校核，以考慮軸力的影響與變截面梁的穩(wěn)定計(jì)算，這樣更符合實(shí)際情況，但局部穩(wěn)定應(yīng)滿足《鋼規(guī)》和《抗震規(guī)范》的要求；在撓度控制上《鋼規(guī)》和《門規(guī)》都對(duì)這類結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有明確的規(guī)定，《鋼規(guī)》的屋面梁撓度允許值為L/400（表A.1.1），《門規(guī)》的剛架斜梁撓度允許值為（L/180）（表3.4.2-2），如按《鋼規(guī)》撓度要求進(jìn)行控制，所計(jì)算的屋面梁在強(qiáng)度滿足的情況下仍要加大梁截面來滿足撓度限制要求，所得屋面梁的截面較大、用鋼量也較大，通過對(duì)圖2和圖3的比較可以看出跨度及受力相同的屋面鋼梁在滿足《鋼規(guī)》要求的撓度限制的條件下計(jì)算所得的屋面梁截面要比滿足《門規(guī)》要求的撓度限制的條件下計(jì)算所得的屋面梁截面大很多，經(jīng)統(tǒng)計(jì)用鋼量多21%。究竟哪個(gè)控制指標(biāo)更符合這種結(jié)構(gòu)形式？通過咨詢?cè)S多鋼結(jié)構(gòu)廠家的技術(shù)人員，并結(jié)合大量已完工的不同跨度該種結(jié)構(gòu)形式的廠房，得出輕型屋面體系對(duì)鋼梁撓度不是非常敏感，故在有經(jīng)驗(yàn)的情況下可較《鋼規(guī)》的撓度控制指標(biāo)（L/400）適當(dāng)放寬，這樣不會(huì)影響廠房的安全性和使用功能，但具體撓度控制指標(biāo)還應(yīng)待相關(guān)規(guī)范的詳細(xì)規(guī)定。

3單榀的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用混凝土柱與鋼梁整體建模分析

鋼梁對(duì)混凝土柱的約束反力與混凝土柱本身的剛度是直接相關(guān)的，為反映真實(shí)的內(nèi)力情況，應(yīng)該進(jìn)行整體分析，并以整體分析的結(jié)果來設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、混凝土柱的配筋與鋼梁。把它們割裂開來分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往給設(shè)計(jì)結(jié)果帶來不安全的隱患：

3.1如果在柱與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有考慮屋面斜鋼梁對(duì)柱的推力，會(huì)導(dǎo)致柱配筋與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)嚴(yán)重偏小，按這種方式設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在安裝過程中就有可能出現(xiàn)基礎(chǔ)被翹起、混凝土柱頂位移過大、柱身出現(xiàn)裂縫、鋼梁撓度過大等問題；

3.2在分析鋼梁時(shí)，把鋼梁兩端視為固定鉸支座或建兩根很短的下端剛接柱作為支座都會(huì)夸大混凝土柱對(duì)鋼梁的約束作用，導(dǎo)致鋼梁軸力增大、跨中彎矩減小、撓度減小等不真實(shí)情況，這時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)安裝后的鋼梁的撓度要大于計(jì)算撓度、鋼梁有可能整體屈服失穩(wěn)、局部壓屈等不安全問題。

4結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)形式目前沒有規(guī)范依據(jù)，設(shè)計(jì)者只能通過自己的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，如對(duì)屋面鋼梁的撓度限制。在建立計(jì)算模型時(shí)，應(yīng)該整體建模，以考慮鋼梁同混凝土框排架的整體作用；要做到分析模型與具體的連接構(gòu)造處理相統(tǒng)一。只有做到理論與實(shí)際的統(tǒng)一，才能保證設(shè)計(jì)成果的安全可靠。

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