對(duì)門式剛架輕房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思考

對(duì)門式剛架輕房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思考

我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（gb50017-2003）中關(guān)于單層車間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)定：車間的平均溫度為220m，橫向?yàn)?20m（柱端剛清）或150m（柱端盤）。在加熱期間，與非供暖地區(qū)的房屋垂直180米，縱向100m（柱端剛清）或125m（柱端盤）。戶外結(jié)構(gòu)為120米，橫向無(wú)限制。在不超過(guò)上述規(guī)定值時(shí)可以不計(jì)算溫度應(yīng)力。《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS102:2002)》第4.3.1條規(guī)定,門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段長(zhǎng)度(伸縮縫間的距離)應(yīng)符合下列規(guī)定:縱向溫度區(qū)段不大于300m,橫向溫度區(qū)段不大于150m。在滿足上述條件時(shí),也可以不計(jì)算溫度應(yīng)力。設(shè)置溫度伸縮縫的目的是為了減小結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力,控制由溫度應(yīng)力引起的結(jié)構(gòu)變形及位移,滿足結(jié)構(gòu)的安全性及使用要求。目前,門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋中橫向?qū)挾却笥?50m的較少,而縱向大于300m的較多。下面列舉工程實(shí)例來(lái)論述門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋縱向溫度伸縮縫的處理。1板橫向溫度動(dòng)力系統(tǒng)的分析在門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系中,屋蓋及墻面一般采用壓型鋼板、巖棉夾芯板、聚氨酯夾芯板以及單層壓型鋼板內(nèi)襯鋼絲網(wǎng)玻璃纖維棉。板的長(zhǎng)度方向一般垂直房屋的縱向布置,屋面壓型板的鋪設(shè)其板肋的方向是順坡的,板肋可以吸收屋面板橫向膨脹與收縮的影響,同時(shí)由于一般壓型板的板寬<1m,溫度變化引起的橫向膨脹與收縮也很小(<0.12mm),因此,板橫向(房屋的縱向)的影響一般是可以忽略的。對(duì)于主次結(jié)構(gòu)設(shè)有溫度伸縮的地方,則必須設(shè)置面板溫度伸縮縫,伸縮縫處的節(jié)點(diǎn)處理如圖1、圖2。墻面采用與圖1、圖2相似的做法。對(duì)于板的縱向溫度變化的影響是不可忽略的,當(dāng)溫差為40℃,長(zhǎng)12m的板由溫差引起的屋面板長(zhǎng)度的變化就有6mm左右,板越長(zhǎng)則變形越大。目前,國(guó)際上解決屋面板受溫度變化的影響,主要從連接構(gòu)件的可變動(dòng)性著手,主要有以下三種情況:1)附檁可動(dòng)式搭接方式:這種方式是在檁條之上按垂直方向增設(shè)一條小附檁。如圖3,附檁由上下兩部分組成,用螺栓進(jìn)行連接,其中有一側(cè)為長(zhǎng)螺栓孔,使上下兩部分附檁條可以相互滑動(dòng)。這樣,當(dāng)屋面板膨脹或收縮時(shí),附檁條的上半部就可以隨屋面自由滑動(dòng)。2)屋面板長(zhǎng)螺栓孔連接方式:這種方式用手搭接,上下屋面板的螺栓孔應(yīng)預(yù)先留出,使下坡板的螺栓孔為長(zhǎng)螺栓孔,這樣上下層板在溫度變化時(shí),可以自由伸縮。3)連接支架采用可動(dòng)式咬邊連接方式:這種連接方式是把連接支架分解成兩部分,彼此之間可以相對(duì)滑動(dòng),如巴特勒的MR24屋面板。與附檁條可動(dòng)式的原理相同,在屋面板伸長(zhǎng)或縮短時(shí),屋面可以整體移動(dòng)。2主要結(jié)構(gòu)根據(jù)規(guī)范確定主結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段的尺寸,并在分區(qū)處設(shè)置溫度伸縮縫?？v向溫度伸縮縫可采用下述三種形式。2.1水平支撐設(shè)計(jì)的條件在溫度伸縮縫處設(shè)雙柱是一種比較傳統(tǒng)的做法,但用鋼量較大。設(shè)雙柱時(shí),柱網(wǎng)軸線在兩個(gè)柱子的中間,如圖4,插入距一般為0.4～1m,柱腳鉸接時(shí)取小值,柱腳剛接時(shí)取大值(考慮靴梁的尺寸要求)。房屋通過(guò)設(shè)置溫度伸縮縫可視為兩個(gè)結(jié)構(gòu)單體(建筑形式上仍是一個(gè)整體),減少了溫度應(yīng)力及其引起的變形及位移。我們?cè)诤贾莩?yáng)橡膠有限公司子午胎車間工程中采用了設(shè)置雙柱的方法。該車間長(zhǎng)544m,寬120m,5跨,單體建筑面積65635m2。檐口高8m,屋面采用單脊雙板外排水,排水坡度5%。柱網(wǎng)尺寸8m×24m,屋面板采用巴特勒MR24屋面板,在屋面板伸長(zhǎng)或縮短時(shí),屋面可以整體移動(dòng),從而解決了溫度變化對(duì)屋面板的影響。該工程橫向120m未設(shè)置溫度伸縮縫,考慮溫度應(yīng)力控制柱頂側(cè)移來(lái)進(jìn)行截面設(shè)計(jì),在縱向35軸處設(shè)一雙柱溫度伸縮縫,插入距為450mm;溫度伸縮縫處的局部平面布置如圖5。根據(jù)規(guī)程規(guī)定:在單個(gè)溫度區(qū)段中應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系,端部支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段的第二個(gè)開(kāi)間;當(dāng)端部支撐設(shè)在第二開(kāi)間時(shí),在第一開(kāi)間相應(yīng)位置處設(shè)置剛性系桿。本工程在33軸與34軸,36軸與37軸設(shè)置屋蓋水平支撐。在34軸與35軸,35軸與36軸間的柱頂,屋脊及抗風(fēng)柱縱向?qū)?yīng)的位置(水平支撐的節(jié)點(diǎn))設(shè)置了縱向剛性系桿。在兩個(gè)區(qū)段的其他位置也根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置水平支撐及縱向剛性系桿,構(gòu)成空間穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支撐體系。伸縮縫處結(jié)點(diǎn)的處理如圖1,墻面處理與屋面相似,該工程于1998年竣工,使用效果較好。2.2屋頂鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)單柱,搭接檁條與墻梁均采用開(kāi)長(zhǎng)螺栓孔的方法,這對(duì)于單層無(wú)吊車廠房較經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)以中國(guó)吉利集團(tuán)臨海機(jī)車工業(yè)公司13號(hào)車間為例說(shuō)明這種處理方法。該車間長(zhǎng)322.5m,寬35m,2跨,柱網(wǎng)尺寸7.5m×17.5m,檐口高度7.5m,單脊雙坡外排水,排水坡度8%,屋面板及墻面板采用普通壓型鋼板襯玻璃纖維棉鋼絲網(wǎng)鋁箔保溫層,單體建筑面積11460m2,屋面通過(guò)附檁條可動(dòng)式搭接解決屋面板的熱脹冷縮問(wèn)題。在溫度伸縮縫處的局部平面布置如圖6。該工程溫度伸縮縫設(shè)置在21軸與22軸間,在21軸與22軸間的檁條,墻梁采用兩邊開(kāi)長(zhǎng)螺栓孔的方法處理,如圖2。由于工藝條件的限制,該工程在溫度伸縮縫處的屋蓋水平支撐柱間支撐設(shè)置在20軸與21軸,22軸與23軸之間,通過(guò)兩頭開(kāi)長(zhǎng)螺栓孔的檁條與墻梁把單體建筑從結(jié)構(gòu)上分為兩個(gè)溫度區(qū)段,滿足了結(jié)構(gòu)的變形及位移的要求,該工程于1999年建成使用至今,效果也比較好。2.3下大跨柱網(wǎng)溫度伸縮縫設(shè)計(jì)采用設(shè)單柱、柱頂設(shè)滾動(dòng)支座,按搭接檁條采用長(zhǎng)螺栓來(lái)處理溫度伸縮縫的方法,一般由于生產(chǎn)工藝上的要求,需要采用大開(kāi)間的柱網(wǎng),需要設(shè)置托梁來(lái)減小梁間距。我院于1997年完成的安徵汽車零部件工業(yè)公司一號(hào)廠房工程采用此方法。該工程長(zhǎng)315m,寬240m,柱網(wǎng)尺寸15m×15m,檐口標(biāo)高9.0m,屋面及墻面板采用雙層保溫彩色壓型鋼板,單脊雙坡外排水,排水坡度3%,單體建筑面積7.6萬(wàn)m2。該工程橫向240m,16跨沒(méi)有設(shè)置溫度伸縮縫,設(shè)計(jì)時(shí)考慮到溫度應(yīng)力,采用了控制柱頂側(cè)移的方式進(jìn)行截面設(shè)計(jì),縱向連續(xù)21跨,315m,在12軸處將托架梁在柱頂斷開(kāi),一端托架梁上設(shè)滾軸,檁條、墻梁等構(gòu)件的連接采用長(zhǎng)螺栓孔連接來(lái)釋放溫度應(yīng)力,伸縮縫處的局部平面布置如圖7,伸縮縫處的節(jié)點(diǎn)如圖8、圖2。對(duì)屋面板的熱脹冷縮問(wèn)題,采用如圖9所示的連接方法解決。在11軸右,13