混凝土柱輕鋼屋面的廠房設計

混凝土柱輕鋼屋屋面的廠房房設計吳桂峰中鐵十一局集團團團建安公公司湖北襄樊44100557摘要：混凝土柱柱柱，實腹腹鋼梁梁，輕型型鋼屋屋面，這這樣的的廠房不不同于于全鋼結結構廠廠房，設設計時時不能簡簡單的的把門式式剛架架的鋼柱柱替換換為混凝凝土柱柱。當然然更不不能按鋼鋼筋混混凝土廠廠房來來設計。本本文文針對此此種結結構的特特點闡闡述了設設計時時要注意意的幾幾個問題題。關鍵詞：混凝土土土柱輕鋼屋面廠房設計計1前言單層廠房采用的的的結構形形式，隨隨著吊車車起重重量、廠廠房跨跨度和高高度的的不同，根根據據所采用用承重重結構的的材料料可分為為磚混混結構、鋼鋼筋筋混凝土土結構構和鋼結結構三三種。對對于無無吊車或或吊車車起重量量不超超過5噸，跨度度小小于15m，柱頂標標高高不超過8m的小型單單層層廠房，可可以以采用磚磚墻、鋼鋼筋混凝凝土柱柱和鋼筋筋混凝凝土屋面面梁或或屋架的的磚混混結構，此此種種廠房比比較少少見。當當吊車車起重量量超過過150噸，跨度度大大于36m，則應采采用用鋼屋架架、鋼鋼柱的全全鋼結結構，這這種廠廠房自重重輕，跨跨度大，施施工工周期短短，但但造價較較高，被被廣泛用用于大大跨度或或大型型廠房。除除上上述兩種種情況況以外的的大部部份單層層廠房房，都可可以采采用鋼筋筋混凝凝土（或或預應應力混凝凝土）屋屋架和鋼鋼筋混混凝土柱柱的鋼鋼筋混凝凝土廠廠房。這這種結結構雖然然造價價比鋼結結構低低，但自自重大大，屋架架形式式受跨度度影響響大，大大跨度度屋架施施工復復雜，工工期長長。正是是在這這樣的背背景下下誕生了了混凝凝土柱，實實腹腹鋼梁，屋屋面面為輕型型鋼屋屋面的結結構體體系，這這類結結構具有有鋼結結構跨度度大，施施工周期期短的的優(yōu)點，造造價價卻比全全鋼結結構要低低。所所以在近近幾年年國內的的實際際應用中中較為為常見。下下面面就這類類結構構的設計計作一一下簡單單的介介紹，以以供大大家討論論。2計算程序序序設計這類結構仍仍仍是用STS里面門式式剛剛架的程程序來來計算，建建模模的順序序跟設設計門式式剛架架一樣，但但由由于混凝凝土柱柱與鋼梁梁的連連接處理理難以以達到剛剛接連連接，因因此梁梁柱的連連接一一般采用用鉸接接連接形形式，而而一般門門式剛剛架結構構邊剛剛架柱與與梁的的連接均均采用用剛接連連接形形式，由由于連連接形式式的不不同，致致使這這種體系系單榀榀剛架的的受力力截然不不同于于一般的的門式式剛架，設設計計時不能能簡單單的把門門式剛剛架的鋼鋼柱替替換為混混凝土土柱，應應根據據這類結結構體體系的特特殊性性有針對對的進進行設計計。3連接形式混凝土柱與鋼梁梁梁采用鉸鉸接連連接，混混凝土土柱底采采用剛剛接，多多跨情情況下的的中間間混凝土土柱與與鋼梁的的連接接采用鋼鋼梁連連續(xù)，混混凝土土柱鉸撐撐于鋼鋼梁底面面。4規(guī)范選擇這類結構已經超超超出門規(guī)規(guī)的使使用范圍圍，結結構類型型應選選擇“單層鋼結結構構廠房”，如果為為抗抗震地區(qū)區(qū)且選選擇了地地震作作用計算算，程程序會自自動按按照抗震震規(guī)范范第九章章關于于單層鋼鋼結構構廠房的的規(guī)定定進行控控制；；混凝土土柱應應按混凝凝土結結構設計計規(guī)范范進行設設計，滿滿足混凝凝土結結構設計計規(guī)范范相應要要求，鋼鋼梁應滿滿足鋼鋼結構設設計規(guī)規(guī)范相關關要求求，當采采用工工形變截截面梁梁時，建建議梁梁構件承承載力力的校核核采用用按門式式剛架架規(guī)程進進行校校核，以以考慮慮軸力的的影響響與變截截面梁梁的穩(wěn)定定計算算，但局局部穩(wěn)穩(wěn)定應滿滿足鋼鋼結構設設計規(guī)規(guī)范、抗抗震規(guī)規(guī)范的要要求；；撓度控控制，考考慮到所所采用用的輕型型屋面面體系對對鋼梁梁撓度不不是非非常敏感感，在在有經驗驗的情情況下可可較鋼鋼結構設設計規(guī)規(guī)范的撓撓度控控制指標標（L/4000）適當放放寬寬。5單榀設計計計5.1建模模模單榀設計時，應應應采用混混凝土土柱與鋼鋼梁整整體建模模分析析。鋼梁梁對混混凝土柱柱的約約束反力力與混混凝土柱柱本身身的剛度度是直直接相關關的，為為反映真真實的的內力情情況，應應該進行行整體體分析，并并以以整體分分析的的結果來來設計計基礎、混混凝凝土柱的的配筋筋與鋼梁梁。把把它們分分開來來分別進進行設設計，往往往使使設計結結果帶帶來不安安全的的隱患：：如果果在柱與與基礎礎設計時時，沒沒有考慮慮屋面面斜鋼梁梁對柱柱的推力力，會會導致柱柱配筋筋與基礎礎的設設計嚴重重偏小小，按這這種方方式設計計的結結構在安安裝過過程中就就有可可能出現(xiàn)現(xiàn)基礎礎被翹起起、混混凝土柱柱頂位位移過大大、柱柱身出現(xiàn)現(xiàn)裂縫縫、鋼梁梁撓度度過大等等問題題。而在在分析析鋼梁時時，把把鋼梁兩兩端視視為固定定鉸支支座或建建兩根根很短的的下端端剛接柱柱作為為支座都都會夸夸大混凝凝土柱柱對鋼梁梁的約約束作用用，導導致鋼梁梁軸力力增大、跨跨中中彎矩減減小、撓撓度減小小等不不真實情情況，這這時往往往會出出現(xiàn)安裝裝后的的鋼梁的的撓度度要大于于計算算撓度、鋼鋼梁梁有可能能整體體屈服失失穩(wěn)、局局部壓屈屈等不不安全問問題。5.2計算算算程序自動根據整整整體分析析得結結果，按按照混混凝土結結構設設計規(guī)范范進行行混凝土土柱的的配筋計計算，按按選定的的鋼梁梁構件驗驗算規(guī)規(guī)范進行行鋼梁梁的校核核，在在布置基基礎的的情況下下，同同時根據據整體體分析柱柱底力力完成基基礎的的計算。6整體設計6.1混凝凝凝土柱與與鋼梁梁的鉸接接連接接處理一般存在三種連連連接構造造處理理：完全全抗剪剪連接構構造，這這種連接接構造造能夠把把梁端端的推力力以剪剪力的方方式完完全傳遞遞給混混凝土柱柱；完完全滑移移連接接構造，這這種種連接構構造容容許梁端端相對對混凝土土柱頂頂自由滑滑移，梁梁端的推推力由由于相對對的滑滑移而釋釋放，作作用力不不傳遞遞給混凝凝土柱柱；介于于以上上二者之之間的的部分滑滑移連連接構造造，這這種連接接構造造容許梁梁端相相對混凝凝土柱柱頂有一一定的的滑移量量，梁梁端的推推力由由于相對對的滑滑移而部部分釋釋放，剩剩余作作用力以以剪力力的方式式傳遞遞給混凝凝土柱柱。6.2三種種種計算模模型的的內力分分析下表為某一單跨跨跨結構不不同的的連接計計算模模型的分分析結結果比較較：砼柱鋼梁連接計計計算模型型不同同的分析析結果果比較表表砼柱鋼梁連接構構構造柱底彎矩（knnn.m）砼柱配筋（mmmm2）基礎尺寸（mmmm）鋼梁跨中彎矩鋼梁最大撓度鋼梁應力比①完全抗剪209.016152940194.578.90.9②完全滑移（實實實算最大滑滑移移：50mm）60.57001820257.297.11.08③部分抗剪（控控控制最大滑滑移移≤20mm）127.19572500219.186.00.97從上表的比較結結結果可以以看出出，不同同的計計算模型型，對對內力分分析結結果、設設計結結果影響響非常常大：如如果一一個完全全抗剪剪的連接接構造造，分析析時采采用完全全滑移移的分析析模型型（砼柱柱單獨獨作為懸懸臂柱柱計算，不不考考慮鋼梁梁的推推力，也也屬于于這種情情況），會會會導致柱柱的配配筋、基基礎尺尺寸嚴重重的偏偏小，帶帶來的的后果如如同上上面柱與與基礎礎設計不不考慮慮鋼梁的的推力力的情況況一樣樣。而分分析時時采用的的是鉸鉸接完全全抗剪剪模式，實實際際處理時時處理理成了長長圓孔孔等滑動動支座座形式，這這會會導致鋼鋼梁的的強度應應力比比、撓度度等計計算結果果嚴重重偏小，同同樣樣給鋼梁梁的設設計帶來來不安安全隱患患。6.3程序序序的處理理考慮混凝土柱與與與鋼梁的的不同同構造連連接，可可以通過過設置置混凝土土柱的的柱頂不不同約約束情況況來實實現(xiàn)。6.3.1完全全全抗剪連連接構構造：普普通的的鉸接連連接。6.3.2完全全全滑移連連接構構造：采采用鉸鉸接＋混混凝土土柱頂定定義約約束為“水平方向向自自由滑動”。6.3.3部分分分滑移連連接構構造：采采用鉸鉸接＋混混凝土土柱頂定定義約約束為“約束水平平方方向相對對位移移差”。對于定義義完完全滑移移與部部分滑移移的分分析模型型，必必須保留留一個個梁端為為完全全約束的的普通通鉸接節(jié)節(jié)點，否否則會出出現(xiàn)分分析上的的可變變體系，使使分分析無法法進行行。在定定義完完全滑移移或部部分滑移移約束束的情況況下，程程序分析析結果果中，在在查看看該混凝凝土柱柱的構件件信息息時，能能夠發(fā)發(fā)現(xiàn)程序序實際際分析出出來的的滑移量量，根根據分析析結果果可以用用來處處理設置置滑移移的節(jié)點點構造造。6.4施工工工圖的處處理門式剛架施工圖圖圖程序中中，能能夠根據據整體體分析的的結果果，處理理這類類節(jié)點及及鋼梁梁的施工工圖。在在容許滑滑移的的連接節(jié)節(jié)點施施工圖中中，底底板設置置長圓圓孔，長長圓孔孔標注的的長度度尺寸為為支座座底板相相對于于支承面面的容容許滑移移距離離，為保保證滑滑移的順順利進進行，墊墊板與與底板之之間不不應施焊焊，底底板于混混凝土土柱頂接接觸面面處理應應保證證支座底底板與與支承面面間在在容許距距離內內自由滑滑動。對對于限制制滑移移量的連連接節(jié)節(jié)點中，當當滑滑移量達達到容容許距離離時支支承面應應設置置可靠抗抗剪措措施，限限制繼繼續(xù)滑移移，使使剩余剪剪力能能夠完全全傳遞遞給柱。7施工圖的的的繪制施工圖的繪制：：：混凝土土柱身身配筋圖圖，可可以在STS二維整體體分分析的基基礎上上，接力PK進行繪圖圖，有有吊車作作用的的混凝土土排架架柱，直直接接接PK模塊中的的排排架柱繪繪圖，普普通無吊吊車混混凝土柱柱，接接PK模塊中的的框框架繪圖圖。鋼鋼梁及屋屋面構構件詳圖圖在STS里繪制。8其它構造處理理理對于風載較大的的的地區(qū)，當當風風的作用用能夠夠克服屋屋面自自重作用(組合：1.0恒＋1.4風)，出現(xiàn)屋屋面面作用力力向上上的情況況，這這時通過過在柱柱頂設置置單拉拉桿來抵抵抗梁梁對柱頂頂的推推力作用用，會會由于出出現(xiàn)壓壓力致使使該單單拉桿失失效而而退出工工作，這這時剪力力還是是能夠傳傳遞到到混凝土土柱與與基礎，對對于于這種情情況，這這種處理理是不不能起作作用的的，不建建議采采用這種種處理理。9結束語綜上所述，混凝凝凝土柱實實腹鋼鋼梁單層層廠房房與門式式剛架架有相同同之處處，又有有其不不同之處處。相相同之處處在于于其單個個構件件的計算算和校校核，如如鋼梁梁的強度度、剛剛度，穩(wěn)穩(wěn)定性性，以及及檁條條和屋面面板的的計算和和構造造。不同同之處處在于梁梁和柱柱是鉸接接連接接，梁柱柱受力力不同于于門式式剛架。理理解解它的受受力原原理是做做好結結構設計計的關關鍵。參考文獻：[111]GGB5500117--20003，鋼結構構設設計規(guī)范范，中中國建筑筑工業(yè)業(yè)出版社社，20033[2]GB55500110--20002，混凝土土結結構設計計規(guī)范范，中國國建筑筑工業(yè)出出版社社，20022[3]GB55500111--20001，建筑抗抗震震設計規(guī)規(guī)范，中中國建筑筑工業(yè)業(yè)出版社社，20011[[4]CEECS11022：2002，門式剛剛架架輕型房房屋鋼鋼結構技技術規(guī)規(guī)程，中中國計計劃出版版社，20033[5]]候兆欣、李李李秀川，輕輕型型鋼結構構建筑筑節(jié)點構構造，機機械工業(yè)業(yè)出版版社，2004，22～28頁[6]中國建筑筑科科學研究究院PKPMMCAD工程部，STS技術條件件，20055[7]中國建建建筑科學學研究究院PKPMMCAD工程部，STS用戶手冊冊，20055[[8]周