夏甍

　　武漢建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 湖北省武漢市 430000

　　摘要：結(jié)合實(shí)例介紹了不規(guī)則門式剛架的結(jié)構(gòu)布置以及荷載的取值方法，針對(duì)現(xiàn)行施工方法采取相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，兼顧了建筑物的安全性和經(jīng)濟(jì)性，闡述了門式剛架結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的依據(jù)及方法，給門式剛架這一結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)帶來了新的思考。

　　關(guān)鍵詞：門式剛架 檁條及墻梁 防火

　　1引言

　　輕型門式剛架廠房在我國大約起始于20世紀(jì)80年代初期。由于其質(zhì)量輕、柱網(wǎng)跨度布置靈活、工業(yè)化程度高、施工周期短等特點(diǎn)，近些年來在我國各地各行業(yè)中得到了大量應(yīng)用。本文通過對(duì)實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)參數(shù)的選取以及如何貫徹執(zhí)行規(guī)范要求進(jìn)行分析探討，為門式剛架結(jié)構(gòu)體系的精細(xì)化設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

　　2工程概況

　　本工程位于某省市，跨度24m，柱距8m，檐口高度8m，屋面坡度1/20，無吊車。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，設(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)地震分組第三組，場地類別Ⅲ類，耐火等級(jí)二級(jí)。主要規(guī)范：《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱“門規(guī)”)、《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱“鋼防火規(guī)”)、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡稱“防火規(guī)”)。

　　3設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　3.2 剛架設(shè)計(jì)

　　3.2.2 荷載取值

　　本工程屋面采用雙層壓型鋼板+保溫棉的形式，屋面恒載按0.3考慮，考慮噴淋管道布置的不均勻性及可組合性，噴淋荷載按相容活荷載考慮，其余屋面可變荷載 (屋面活載、雪荷載)按互斥活荷載考慮。風(fēng)荷載按封閉式房屋輸入相關(guān)參數(shù)程序自動(dòng)計(jì)算即可。剛架計(jì)算時(shí)屋面活荷載可取0.3kN/m2�！堕T規(guī)》表4.3.2注規(guī)定，對(duì)于多跨雙坡屋面，當(dāng)屋面坡度不小于1/20時(shí)，內(nèi)屋面可不考慮表中第3項(xiàng)規(guī)定的不均勻分布情況(即表中的雪分布系數(shù)1.4及2.0均按1.0考慮)，本工程屋面坡度1/20，滿足此條，但實(shí)際計(jì)算中，程序并未考慮此條，均考慮不均勻情況分布。

　　3.2.3 計(jì)算長度

　　剛架柱平面內(nèi)計(jì)算長度計(jì)算方法詳見《門規(guī)》附錄A，當(dāng)為單層多跨房屋，且各跨屋面梁的標(biāo)高無突變時(shí)，可考慮各柱相互支援作用按A.0.8采用修正后的計(jì)算長度系數(shù)進(jìn)行剛架柱的平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算。當(dāng)剛架柱除柱頂外不設(shè)側(cè)向支撐(如系桿)或隅撐時(shí)，柱平面外計(jì)算長度取縱向柱間支撐點(diǎn)間的間距。屋面斜梁的平面外計(jì)算長度應(yīng)取側(cè)向支撐點(diǎn)(一般為通長系桿)間的距離，當(dāng)屋面斜梁與檁條間設(shè)置隅撐且滿足《門規(guī)》7.1.6-4條時(shí)，平面外計(jì)算長度可考慮隅撐的作用，計(jì)算中應(yīng)輸入實(shí)際檁條及隅撐的規(guī)格、間距進(jìn)行布置，程序自動(dòng)計(jì)算檁條的彈性約束作用，檁條相對(duì)斜梁的剛度越大，斜梁平面外等效計(jì)算長度越小。端部剛架的屋面斜梁與檁條之間不宜設(shè)隅撐，其斜梁平面外計(jì)算長度應(yīng)按支撐間距考慮，又因其承擔(dān)荷載面積為中部剛架的一半(風(fēng)載體型系數(shù)按端區(qū)考慮，比中部剛架大)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中端部剛架梁柱截面可基本同中部，僅加厚斜梁翼緣厚度使其平面外穩(wěn)定滿足計(jì)算要求。

　　3.2.4 抗剪承載力

　　剛架構(gòu)件抗剪承載力驗(yàn)算時(shí)，規(guī)范給出的計(jì)算公式考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的利用，對(duì)于工字型截面應(yīng)按要求設(shè)置加勁肋。而由于門剛結(jié)構(gòu)中鋼構(gòu)件承擔(dān)的剪力一般都比較小，在不設(shè)置加勁肋、不考慮腹板屈曲后強(qiáng)度利用的情況下一般都是可以滿足抗剪承載力要求的。如果設(shè)置加勁肋會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)用鋼量大幅增加。PKPM軟件與門規(guī)編制專家溝通后，對(duì)規(guī)范的公式進(jìn)行了一定的改造，得出不設(shè)置加勁肋且不考慮屈曲后強(qiáng)度的抗剪承載力驗(yàn)算公式。程序中采用改造后的公式進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)計(jì)算結(jié)果中抗剪承載力滿足要求時(shí)可不設(shè)置加勁肋�！堕T規(guī)》中還規(guī)定抗剪承載力應(yīng)按小頭截面進(jìn)行驗(yàn)算，故一般情況下柱變截面楔形變化率幅度不宜過大，否則抗剪承載力可能由小頭控制。

　　3.3 檁條與墻梁設(shè)計(jì)

　　檁條及墻梁宜采用實(shí)腹式構(gòu)件，按簡支設(shè)計(jì)時(shí)可采用槽型冷彎薄壁型鋼或高頻焊H型鋼，按連續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)可采用Z型冷彎薄壁型鋼。屋面檁條布置一般較均勻連續(xù)，按連續(xù)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性較好。墻面因門窗洞口較多，檁條布置較零碎，故一般按簡支設(shè)計(jì)。檁條及墻梁計(jì)算時(shí)應(yīng)注意風(fēng)荷載系數(shù)對(duì)應(yīng)不同分區(qū)的差異，對(duì)于邊角區(qū)域構(gòu)件及其連接應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)，屋面檁條計(jì)算時(shí)雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按不均勻分布最不利的分布系數(shù)考慮。

　　當(dāng)屋面板材與檁條有牢固的連接，即用自攻螺釘、螺栓、拉鉚釘和射釘?shù)扰c檁條牢固連接，且屋面板材有足夠的剛度(例如壓型鋼板)，可認(rèn)為其能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)，可不驗(yàn)算其穩(wěn)定性。本工程屋面外板采用直立縫鎖邊式連接，不能作為檁條上翼緣的側(cè)向支撐，內(nèi)板設(shè)置于檁條下部，與檁條采用自攻螺釘連接，可考慮其對(duì)檁條下翼緣的約束。為了將屋面荷載對(duì)檁條產(chǎn)生的傾覆力矩傳遞到屋面梁以及提高檁條穩(wěn)定承載力，檁條間應(yīng)設(shè)置拉條及撐桿作為側(cè)向支撐，又由于屋面板能保證檁條下翼緣的整體穩(wěn)定，故檁間支撐僅在距上翼緣1/3腹板高度范圍內(nèi)單層設(shè)置。

　　為了將墻板豎向荷載有效傳遞至承重柱，墻梁跨度大于4m時(shí)，墻梁間應(yīng)設(shè)置拉條及撐桿，一般最上層墻梁處、窗頂處且每隔5道拉條處均應(yīng)設(shè)置斜拉條以保證傳力。墻面板與墻梁一般為自攻釘連接，當(dāng)雙側(cè)掛墻板時(shí)，可構(gòu)造保證墻梁的整體穩(wěn)定性，當(dāng)僅外側(cè)掛墻板時(shí)，拉條及撐桿應(yīng)靠檁條內(nèi)側(cè)翼緣處設(shè)置，保證風(fēng)吸力作用下內(nèi)翼緣的穩(wěn)定性。為保證門窗的開啟及墻梁變形時(shí)門窗玻璃布置損壞，門窗頂部墻梁的撓度要求較高，設(shè)計(jì)中常用雙檁條對(duì)扣的形式或采用普通槽鋼或工字鋼。

　　3.4 防火設(shè)計(jì)

　　按照《鋼防火規(guī)》的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件中應(yīng)注明建筑的耐火極限、構(gòu)件的設(shè)計(jì)耐火極限、構(gòu)件的防火保護(hù)措施、防火材料的性能要求及設(shè)計(jì)指標(biāo)，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)按結(jié)構(gòu)耐火承載力極限狀態(tài)進(jìn)行耐火驗(yàn)算與防火設(shè)計(jì)。規(guī)范規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、結(jié)構(gòu)類型和荷載特征等選用基于整體結(jié)構(gòu)耐火驗(yàn)算或基于構(gòu)件耐火驗(yàn)算的防火設(shè)計(jì)方法，本工程可按基于構(gòu)件耐火驗(yàn)算的防火設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。規(guī)范中提出的耐火驗(yàn)算和防火設(shè)計(jì)方法有三種，分別為耐火極限法、承載力法及臨界溫度法。目前PKPM程序采用的方法為臨界溫度法，計(jì)算參數(shù)中需要明確的主要有耐火等級(jí)、耐火極限、升溫曲線類型、保護(hù)層類型及防火涂料的相關(guān)參數(shù)。

　　本工程建筑類別為單層丙二類廠房，建筑耐火等級(jí)為二級(jí)，根據(jù)《防火規(guī)》3.2.10條及《鋼防火規(guī)》3.1.1及條文說明表一注2，本工程鋼柱、柱間支撐及系桿耐火極限不應(yīng)低于2小時(shí)，鋼梁、屋面支撐及系桿耐火極限不小于1小時(shí)。由于本工程屋面檁條及隅撐對(duì)屋面鋼梁的平面外提供側(cè)向支撐作用，故其屬于《鋼防火規(guī)》條文說明中的第二類檁條，耐火極限不小于1小時(shí)。根據(jù)《防火規(guī)》3.2.12條，對(duì)本工程而言，當(dāng)外墻采用不燃性墻體時(shí)，其耐火極限不應(yīng)低于0.25小時(shí)，根據(jù)圖集《17J925-1》總說明5.6.1條，壓型鋼板為不燃性材料，單層壓型鋼板耐火極限為15min(即0.25小時(shí))，故墻梁及墻板無需噴涂防火涂料。最終設(shè)計(jì)文件中鋼梁、柱防火涂料厚度根據(jù)程序計(jì)算選取、其余構(gòu)件根據(jù)耐火極限要求按《防火規(guī)》附錄確定。升溫曲線類型應(yīng)根據(jù)建筑內(nèi)部燃燒物的性質(zhì)確定，保護(hù)層類型根據(jù)梁柱截面類型選取。防火涂料參數(shù)按程序默認(rèn)參數(shù)，若實(shí)際采用的防火涂料參數(shù)與設(shè)計(jì)文件不符，則應(yīng)提供相關(guān)技術(shù)參數(shù)報(bào)設(shè)計(jì)院進(jìn)行復(fù)核。

　　4結(jié)語

　　(1)剛架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適宜的構(gòu)件截面、荷載、及計(jì)算長度系數(shù)等參數(shù)，確保設(shè)計(jì)結(jié)果安全、經(jīng)濟(jì)。

　　(2)檁條及墻梁設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選取構(gòu)件及連接類型，有效位置設(shè)置拉條及撐桿，使其滿足規(guī)范強(qiáng)度及穩(wěn)定驗(yàn)算的要求。

　　(3)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行防火設(shè)計(jì)，且在設(shè)計(jì)結(jié)果文件中應(yīng)詳細(xì)說明防火做法及相關(guān)參數(shù)。

　　參考文獻(xiàn)：

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