轻型房屋（精选9篇）
轻型房屋 篇1
1 适用范围
所谓门式钢架轻型房屋通常是指由下列钢材所构成的结构: (1) 冷弯薄壁型钢结构; (2) 热轧轻型钢结构; (3) 焊接或高频焊接轻型钢结构; (4) 轻型钢管结构; (5) 板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构。
2 主要优点
2.1 施工周期短:
门式钢架轻型房屋的最大优点是所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装, 对一般规模较小的工业厂房仅需45天至2个月, 而若采用钢筋混凝土建筑则要8~12个月左右。
2.2 综合经济效益好:
由于施工周期短, 可以提前投入使用, 提前获取投资效益;更由于采用色彩鲜艳的彩色压型钢板, 美观华丽, 改善了周边环境的动态感;因为建筑物本身的自重轻, 一般情况下不需要做桩基, 可以节省投资;由于采用了聚苯已烯泡沫夹心板或单板加保温棉等措施后, 使保温、隔热等效果良好。
2.3 抗震性能好:
由于钢结构属于柔性结构、自重轻, 因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度, 极有利于抗震。我国是一个多地震区国家, 在地震区建筑中应多推广应用钢结构, 必可大大减少地震灾害和人员伤亡。
2.4 宜于拆卸搬迁:
一旦业主对所造厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化, 则整个建筑可在很短时间内拆迁, 损失极小, 而所有这些是钢筋混凝土建筑所无法具备的。
正是由于门式钢架轻型房屋的诸多优点, 而且随着近年来防火、防腐新产品的不断出现, 已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性差的缺点, 使得它在工业厂房以及民用设施中获得了广泛的应用。
3 设计指标
门式钢架轻型房屋作为普通钢结构的衍生结构, 其基本计算理论和后者基本相同。详细情况可参见上海市标准DBJ08-68-97《轻钢结构设计规程》和中国工程建设标准化协会标准CECS102:2002《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》, 这里仅着重强调几点:
3.1 屋面活荷载取值
屋面均布活荷载标准值应取0.5k N/m2, 对支承压型钢板等轻屋面构件, 当仅有一个可变荷载, 且受荷面积水平投影面积超过60m2时, 屋面均布活荷载标准值可取0.3k N/m2, 而国外要考虑0.15-0.5N/m2的附加荷载, 而我们无此规定, 遇到超载情况, 就要出安全问题。依照我的设计经验, 屋面结构包括屋面板和檩条, 其活荷载要提高到0.5k N/m2。屋面施工或检修集中荷载, 其标准值取1.0KN, 当施工荷载有可能超过上述荷载时, 应按实际情况取用。
3.2 受弯构件的挠度与跨度比等指标要控制
门式钢架斜梁仅支承压型钢板屋面和冷弯型钢檩条时, 受弯构件的挠度与跨度比限值为1/180, 其它情况下更加严格, 除验算坡面斜梁挠度外, 是否要验算跨中下垂度过去一直不明确, 可能不包括屋脊点垂度, 现在看来应该是计算的。一般是将构件分段, 用等截面程序计算, 每段都要计算水平和竖向位移, 不能大于允许值, 等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度, 刚度太小竖向变形就大。坡度本来就小, 脊点下垂后引起屋面漏水, 是漏水的原因之一。
3.3 在用材上应优先采用“H”形钢, 它受力合理, 拼接方便, 加工容易。
对于承重结构宜用Q235钢和低合金钢中的16Mn、15Mn V或15Mn V钢, 但需注意Q235-A钢的含碳量不作为交货条件, 可焊性无保证, 故不宜采用作焊接结构。对于板厚大于25mm的梁翼缘与柱, 现场焊接的梁柱节点不宜用Q235-B.F, 应尽量选用Q235-B, 对于特别重要结构宜选用Q235-C或Q235-D。
3.4 对厚度为17~40mm的Q235钢的设计指标比现行GB
50017-2003《钢结构设计规范》中的规定值提高5Mpa (上海标准) , 焊缝强度也作了相应调整。
3.5 考虑了技术进步因素, 将主要受力构件的壁厚调小了, 即
在现行GBJ18-97《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的主要受力构件的壁厚不小于2mm调整为不小1.5mm, 框架梁柱构件不小于3mm。
3.6 在风荷载作用下, 门式刚架的侧移按GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定为柱顶高度的1/150。
但在这2个规程中均作了细化规定并作相应调整, 但具体数值不尽相同。设计者在使用时宜予以注意。
4 施工要点
门式钢架轻型房屋作为一种比较特殊的结构, 在施工时应注意很多问题, 一旦处理不当, 就会出事故, 下面介绍一下门式钢架轻型房屋在施工中容易出现的几种情况:
4.1 柱子拔出
有的刚架在大风时柱子被拔起, 这是实际中常出现的事故。主要原因不是刚架计算失误, 而且设计柱间支撑时, 未考虑支撑传给柱脚的拉力。尤其是房屋纵向尺度较小时, 只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载, 支撑传给柱脚的拉力很大, 而柱脚又没有采取可靠的抗拔措施, 很可能将柱子拔起。因此, 在风荷载较大的地区刚架柱受拉时, 在柱脚应考虑抗拔构造, 例如锚栓端部设锚板等。
4.2 没有柱间支撑
这种情况最近较多, 这样肯定不行。目前没有任何一本规范允许不设支撑。特别是柱间支撑, 受力较大, 绝不能省略。
4.3 端板合不上
端板连接是结构的重要部位。由于加工要求不严, 而腹板与端板间有夹角, 有的工程两块端板完全对不上, 合不起来。强行用螺栓拉在一起, 仍留下很宽缝隙, 严重影响工程质量。
4.4 锚栓不垂直
框架柱柱脚底板水平度差, 锚栓不垂直, 柱子安装后不在一条直线上, 东倒西歪, 使房屋外观很难, 这种情况不少。锚栓安装应坚持先将底板用下部调整螺栓调平, 再用无收缩砂浆二次灌浆填实。
4.5 保温材料吸水超重
有些房屋雪不大就垮了, 究其原因, 是屋面防水施工太差, 雪融化后水逐渐渗入, 为保温材料所吸收。今年冬季下雪次数很多, 下雪时间较长。如果屋面的设计荷载很小, 当吸水量达到一定程度, 超过了结构的承载能力, 就会倒塌发生事故。
4.6 保温材料安装混乱
保温材料一般采用玻璃棉, 其厚度根据热功计算确定。当采用内层钢板吊顶时, 不是将保温卷材压在檩条上, 而是为了施工方便, 将保温材料剪断, 放在檩条之间的吊顶上, 形成冷桥。加之, 冬季混凝土地坪施工作业时, 将周边门窗关闭, 由于室内外温差大, 大量水汽在屋顶凝集, 由吊顶钢板搭接处流下, 形成了“外面不下里面下”的状况, 使工程不能交工。经验告诉我们, 当保温材料有隔气层并保持接缝处密封时, 卷材是干燥的, 无隔气层时卷材是湿的。
5 结束语
门式钢架轻钢房屋以其施工周期短、综合经济效益好、用途广泛、施工周期短等特点, 已大量应用于单层工业厂房、多层工业厂房的设计。所以设计单位要对门式钢架轻钢房屋结构的各方面充分了解、做好设计, 施工单位要对门式钢架轻钢房屋结构的施工高度重视、按图施工, 保证施工的质量。
参考文献
[1]GB50017-2003.钢结构设计规范[S].[1]GB50017-2003.钢结构设计规范[S].
[2]GB50018-2002.冷弯薄壁型钢结构技术规范[S].[2]GB50018-2002.冷弯薄壁型钢结构技术规范[S].
轻型房屋 篇2
轻型钢结构在国外发展较早,最初是随着汽车工业的发展,主要用于建造私人车库等简易房屋。第二次世界大战期间,由于战争的需要,轻型房屋钢结构主要用于建造一些拆装方便的营房和库房。
门式刚架轻型房屋钢结构最早起源于美国,并且发展最快、应用最广。后来在欧洲、日本和澳大利亚等国也得到了广泛发展和应用。因其构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点,此种结构形式一经推出就深受建筑业喜爱。
上世纪20世纪中期,建筑钢材产量大增,钢材的冶炼水平也有了很大突破,色彩丰富、耐久性强的彩色压型钢板随之出现, H型钢和冷弯薄壁型钢相继问世,这些都极大地推动了门式刚架轻型房屋钢结构的发展。加之加工设备的不断改善,设计形式的多样化,使门式刚架轻型房屋钢结构体系逐渐应用于大型工业厂房、商业建筑及公共交通设施等。实现了结构分析、设计、出图的程序化,构件加工的工厂化,安装施工和经营管理的一体化流程。
轻型房屋 篇3
关键词 特点；挠度；抽柱
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0118-01
最近几年，我国经济出现了快速发展，我国钢铁业也得到了很大的发展，产量增加品种也变的多样化。轻钢结构的各方面的质量标准都出现很大的提高，这就给我国钢结构发展创造了条件。钢结构在我国建筑行业得到广泛的使用，尤其是在厂房方面使用更加突出，这给设计方面提出更高的要求。
1 门式刚架结构的形式和特点
1）门式钢架的结构形式。门式钢架的结构形式按照不同的分类的分类方法有很多种类。根据横截面分可以分为变截面和等截面。根据结构选材可分为普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊成。根据构件体系不同可以分为格构式和有实腹式；格构式的横截面为矩形或三角形，实腹式钢架的横截面大部分为H型。
2）门式钢架结构的特点：①用钢量少、自重轻。门式刚架轻钢结构的重量只有普通钢结构重量的1/2-1/3，钢筋混凝土结构的1/8-1/10。这是由于其采用围护防水一体化的轻质多功能新型屋面和墙体材料，荷载的重量减少了很多，而且起承重构件基本上使用高强度钢，结构自重也很小；②适应性强.门式结构钢结构便于拆卸，方便零时住宅，而且其结构形式可以复杂灵活多变，可用于工艺、规模和用途不同的各类建筑；③施工速度快、周期短.单元之间在现场用螺栓相连，安装方便快速。基础简单，土建施工量小。钢结构构件可以全部在工厂制作，基础简单，土建施工量小，单元之间在现场用螺栓相连，安装方便快速，工地拼装施工简便、迅速、工期短；④经济、实用、美观.钢结构厂房外观别致新颖，而且空间的使用效率也很高，有超强的时代感。钢结构厂房综合效益也比较高，造价相对合理，而且投资见效很快。
2 门式轻型房耀钢结构设计
1）屋面活荷载取值。《钢结构设计规范》规定，如果屋面不上人其活荷载取0.5 kN/m2，但是一旦构件的载面超过60平方米，那么就可以乘0.6的折减系数。门式钢架基本上上都符合此条件，要与钢结构设计规范相一致，所以可取0.3 kN/m2。对荷载效应组合还必须满足以下条件：不需要同时考虑雪荷载和屋面均布活荷载，两者中取最大的即可；必须考虑屋面均布荷载和雪荷载两者中的最大值和积灰荷载；必须同时考虑屋面材料或檩条自重以外的其他荷载和检修或者施工集中荷载；多台吊车的组合应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定；不需要同时考虑地震作用和风荷载。在进行荷载计算的时候要避免重复的计算，要按荷载效应组合原则进行组合计算，避免各方面的浪费。
2）斜梁设计过程中长度的取值。在屋面坡度比较小的时候，刚架平面内可以按照钢结构设计规范的规定下按压弯构件计算强度。当斜梁轴力小的时候，计算长度可近似取竖向支承点间的距离在刚架平面内。在屋面坡度比较大的时候，在刚架平面内外轴力对稳定性的影响不能忽略。在平面外计算长度时，一般取侧向支撑点距离。屋面系杆支撑系统的约束作用、隅撑与檩条共同对F翼缘的作用、屋面板和檩条对上翼缘的约束作用等方面约束着钢梁上下翼缘。但是计算过程中取受压翼缘侧向支撑点的最大距离，以隅撑的设置作为钢梁平面外的计算长度。对于隅撑的位置设置可以根据钢梁平面外计算长度进行确定。
3）构件的挠度问题。当门式刚架斜梁只有冷弯型钢檩条和支承压型钢板屋面时，构件的竖向挠度限值为L/180（有悬挂起重机时取L/400，有吊顶时为L/240，其中L为构件的挠度）。在结构跨度较大的时候，在一定设计荷载情况下，挠度值控制控制着构件截面尺寸。一些设计师忽略了控制挠度，只认识结构设计强度满足就行了。而实际上挠度除了影响建筑的正常使用还影响着其他很多方面，比如在屋面排水坡度较小的时候，挠度小了会造成屋面积水，甚至漏水，更甚至保温棉渗水而造成屋面荷载变大给结构的安全带来威胁。在设计的时候，可以加设摇摆柱来去除挠度的控制作用，降低由于挠度控制导致截面出现过大的问题在刚架跨度过大，挠度很难控制的时候。
4）结构形式及布置方面。门式刚架轻型房屋钢结构设计时，外墙通常采用冷弯薄壁型钢墙梁和压型钢板墙面板，主刚架可采用变截面实腹刚架，屋盖通常采用冷弯薄壁型钢檩条和压型钢板屋面板。跨度、高度和截面的不同，等截面实腹焊接丁字形截面或变截面或轧制II形截面在门式刚架的梁和柱中使用。吊车梁的设计过程中，对于柱一般采用等截面构件。柱脚的设计一般按铰接支撑设计，通常设一对或两对地脚螺栓的平板支撑。柱脚采用铰接可以通过柱脚刚接弯矩过大而出现的基础计算增大而引起的基础混凝土方面造价增大的问题。如果有吊车厂房，为了使吊车平稳运行采用刚接柱脚好点。对于有隔热要求的屋面，使用隔热卷材来做保温层达到隔热的效果。
5）屋盖铰接问题。在混凝土柱，钢结构屋盖厂房设计计算时，屋面的钢梁和混凝土柱面要设置成铰接来计算，这样可以避免由于施工过程中不能做到真正意义上的刚接，而设计师却把钢梁和混凝土柱连接的地方进行刚接计算出现的结构安全隐患。
6）抽柱问题。对厂房设计的过程中，对空间的使用方面有时候都会产生影响，通过支撑屋架梁和托梁的使用采用抽柱形式的屋架。部分设计师在对抽柱的计算时候，抽柱屋架只是把标准屋架删掉柱子，简单的加上一个托梁和屋面梁的铰接点即可。这种情况下就会由于钢柱约束弯矩在原来钢粱在檐口位置传递，屋面弯矩就会因为使用托梁形式，屋面梁与托梁只能是按铰接受力而变的最大，而截面则会最小。而且在对屋架抽柱的计算过程中，托梁与屋架之间的弹性约束就需要进行考虑，就是托梁与屋面梁连接的地方不是仅仅按照铰接计算，而是按弹性支座进行设置，而且要计算支座对钢梁之间的约束作用。对厂房抽柱计算的时候，建议采用整体建模计算的方法，先选截面，整体上对结构的受力进行计算。
7）有吊车设计图纸的标识问题。对厂房吊车荷载的计算，图纸中要标明吊车的型号与数量，吊车的起重质量和跨度等方面的数据。不要出现因图纸标准问题而出现和设计要求的吊车不一样的问题而造成出现各方面的问题。
3 结束语
随着我国这方面技术的发展，门式轻型屋面钢结构发展得到广泛的应用，技术方面也越来越成熟。但是很多方面问题任然需要改善。在对钢结构厂房设计的时候，设计师既要尽量满足业主对使用方面的要求，还有满足设计各方面的要求。在设计过程中努力做到即经济合理，又要安全可靠。
参考文献
[1]胡宝琳.轻型钢结构厂房的设计与研究[J].钢结构,2004,5.
[2]樊永华,门式刚架设计应注意的问题[J].PKPM新天地,2008,3.
[3]吴大理 浅谈门式刚架轻型房屋钢结构设计[J].科技风,2009,24.
[4]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102：2002).中国计划出版社,2003.
[5]徐岩峰,吴春华.门式刚架轻型房屋钢结构设计的探索[J].林业科技情报,2009.
轻型钢房屋结构的优化设计 篇4
1 轻钢房屋结构建筑特点
轻型钢房屋结构的特点如下所示:
1.1 构造简单
轻型钢房屋的材料单一, 构造也较为简单, 这就使得其构件的加工逐渐趋向于标准化, 现场安装预制装配化程度比较高, 设计、生产过程都可以利用计算机进行控制, 大大提高了效率。
1.2 自重较轻
由于轻钢房屋结构采用了高强度的钢材, 使得其自身的重量被大大减轻。特别是在大跨度结构建筑中, 轻钢结构能够充分地利用空间, 使得建筑的布局更加得灵活。
1.3 施工工期短
轻钢结构的构件都是在工厂进行预制后, 再送至施工现场进行安装, 这就大幅度地缩短了施工工期, 提高了业主的经济效益。
1.4 适用范围广
轻钢结构适用范围十分广, 其能够满足较多生产工艺以及建筑使用功能的要求, 在建筑外观、结构跨度以及柱距的选择上十分灵活。
1.5 经济性好
相比于钢筋混凝土结构而言, 轻钢结构的造价更低, 特别是在应用于大跨度结构建筑以及软弱地基中, 其经济优势更为明显。
2 轻型钢房屋结构的优化设计
2.1 确定合理的跨度
由于生产工艺、使用功能具有一定的差异, 这就使得轻型钢房屋结构的跨度不尽相同, 部分业主还会要求轻钢生产方根据建筑的使用功能, 确定最为经济、合理的跨度, 以达到降低造价的目的。通常情况下, 若是柱高、荷载一定, 则可将跨度适当增加, 这样刚架的用钢量并不会大量增加, 但可以节省空间、降低基础造价, 最终提高了建筑的综合效益。
当前, 经过大量实践发现, 若是檐高是6m, 柱距是7.5m, 那么在荷载情况一致时 (恒载是0.4k N/m2、活载是O.5k N/m2、基本风压是0.4k N/m2, 无吊车) , 则跨度是18~48m的钢架的单位用钢量一般处于18~35kg/m2;若是檐高是12m, 则跨度是18~48m的钢架的单位用钢量一般处于25~40kg/m2;若是檐高大于18m, 则应采用多跨刚架。综上所述, 设计者在进行轻型钢房屋结构设计时, 必须要根据实际情况进行跨度的选择, 以经济合理为主, 而不是一味地追求大跨度。
2.2 确定合理的柱距
当前随着轻钢结构的应用, 建筑物的柱距也在不断增大, 以达到减少用钢量的目的。但是, 柱距的增大也会加大檩条的用钢量, 因此, 必须确定最适合的柱距, 以达到总体用钢量的最优化, 降低建造成本。一般而言, 若是处于无吊车的情况下, 轻钢结构用钢量主要受两个方面的影响:主结构与次结构;若是处于有吊车的情况下, 则轻钢结构用钢量受三个方面的影响:主结构、次结构以及吊车梁。
经过大量的计算可以发现, 柱距的不断增加, 会使得刚架用钢量不断地下降;但是, 一旦柱距增加到一定的值, 刚架用钢量下降的趋势则会变缓, 与此同时, 由于次结构、吊车梁的用钢量处于不断增加, 这就导致了整体用刚量由原先的下降转变为上升趋势。下表1中即为通常情况下各种跨度所对应的最优柱距, 可供参考。
2.3 确定合理的计算模型
通常情况下, 轻型门式刚架的计算模型主要为柱和基础铰接、横梁和柱刚接, 多跨刚架的中柱则大多使用摇摆柱。若是柱高度较大, 则为了控制水平荷载作用下的柱顶位移, 柱脚应采用刚接, 多跨刚架的中柱和横梁的连接也应使用刚接。在进行实际工程设计时, 必须要按照具体的情况对其进行合理选择。
3 门式刚架截面优化设计软件的应用
3.1 软件功能
PKPM系列软件“特种结构”模块的STS-2主菜单3是“门式刚架截面优化设计”, 其是于主菜单A“PK交互输入与修改”与主菜单1“PK数据检查”之后执行, 其初始值为PK建模当中的截面数据, 按照强度、稳定和变形限值, 自动或是人工地对截面优化范围进行确定与计算, 最终得出结构用钢量最省的截面。
3.2 操作方法
1) 定义设计限值定义强度、稳定和变形限值。
2) 选择优化范围:可分为两种方式:一是人工;二是自动。若是采取自动的方式, 则利用软件按照初始截面计算的应力确定截面优化范围;若是采取先自动、后人工的方式, 则是先按照上述程序确定优化范围, 其后设计者根据实际要求对此范围进行一定的修改;若是直接采用人工的方式, 则可以利用软件对人工确定的截面优化范围进行审核, 一旦有不合理的地方, 则会给出提示。
3) 进行截面优化计算。
4) 查看优化结果, 设计者可以参考软件给出的截面信息, 并根据不同的要求对其做相应的调整。
4 结语
随着建筑行业的不断发展, 轻型钢结构得到了原来越广泛的应用。上文中, 主要针对了轻型钢结构的优化设计做了具体的分析, 其目的主要在于提高轻钢房屋结构的安全性与经济性, 使其在保证设计质量的同时, 尽可能地降低建设成本。总而言之, 轻钢房屋结构构造简单、使用范围广、经济性好, 十分值得推广。
摘要：当前, 随着科学技术的快速发展, 轻型钢被越来越多地应用到房屋建设之中, 为推动我国建筑行业的发展起到了重要的作用。但是, 由于轻型刚房屋结构设计还不够成熟, 在实际应用中还存在一定的不足之处。本文即针对这样的情况, 提出了轻型钢房屋结构的优化设计, 以期供同行参考。
关键词：轻型钢,结构,优化设计
参考文献
[1]李谷满.浅谈轻型门式刚架结构优化设计[J].黑龙江科技信息, 2009.
[2]罗建新.浅谈门式刚架的设计与应用[J].商业文化 (学术版) , 2009.
[3]王万通.轻型钢结构最优柱距研究[J].山西建筑.2008.
关于轻型房屋钢结构优化设计 篇5
在轻型钢结构房屋体系中, 屋面系统的用钢量占总用钢量的比例一般都较大, 大概有40%左右, 因此合理的设计屋面板和檩条对控制用钢量有十分重要的意义。在现行的规范规程中, 屋面板和檩条的设计, 通常是檩条等间距布置, 檩条对屋面是来说是等跨支座, 屋面板按多跨等跨连续板设计。这样设计带来的后果是屋面板端跨的跨中弯距比中跨的跨中弯距大很多, 各支座处的支座反力 (即檩条的线荷载) 也相差较大, 而设计时根据最不利的荷载组合进行设计, 从而造成中间跨屋面板和中间跨的支座檩条承载力富裕很多, 材料得不到充分利用, 影响了经济指标。考虑到这主要是由檩条等间距布置造成的, 因此建议檩条不等间距布置。檩条不等跨布置后使屋面板各跨跨中及支座处的弯距值比较接近, 从而能够充分利用屋面板的材料性能。
2檩条等间距及不等间距布置的差别
已知一跨度为24 m的单跨双坡钢架, 屋面坡度为1/20, 屋面上均布荷载为1.0 kN/m2。板为连续多跨支承, 跨度均取为2.4 m, 其计算简图见图1所示, 由结构力学知识可算得图1情况下的各跨的最大弯距和支座处的弯距 (单位为N·m) 及各支座处反力 (单位为N) , 结果如图2、图3所示。从图2可以看出, 01跨的跨中弯距是12跨的跨中弯距的两倍还多, 支座处的负弯距相差也较大, 而设计时取01跨的正弯距值和1支座处的负弯距值来选用压型钢板。因此屋面板材料得不到充分利用, 造成一定程度上的浪费。
2.1 檩条跨度完全理论调节办法
合理的调节各跨跨度, 檩条的布置在屋面板端跨处间距减少而中跨处间距放大, 从而使屋面板的端跨弯距和中间跨弯距比较接近。完全的理论调节办法, 假定01跨和12跨的跨度大小, 然后由结构力学知识求得图1连续梁 (跨度未定) 的各跨弯距值, 其将包含有两个未知数的表达式, 再令边跨最大弯距和中间跨最大弯距相等或接近, 从而确定合理的01跨跨度和12跨跨度, 由于这种方法完全是理论上的, 求解具有相当的难度, 特别是跨数比较多时, 而且求出来的值也不一定符合施工要求。
2.2 檩条跨度计算机程序试算调节办法
利用计算机程序来试算, 即根据经验, 手动调节各跨跨度大小, 一般可以以多少分之几的跨度 (或一定大小的长度, 比如10 cm等) 为增量来调节。采用此法来对图1所示梁各跨跨度进行调整, 经过多次试算后, 调整后的各跨跨度如图4所示, 其弯距 (单位为N·m) 和各支座反力 (单位为N) 分别如图5、图6所示。对比图2和图5, 图3和图6, 屋面板的最大负弯距从592 192N1m下降到587.31N·m, 几乎没什么变化, 但各个支座处的负弯距值已比较平均, 而最大正弯距从452.66N·m下降到298.21N·m, 减小了34.1%, 而且各处的值也相当接近。檩条的最大线荷载也从2 702.75N·m下降到2 655.94N·m, 变化很小, 只减少了1.7%, 但稍微平均了些。总的来说, 檩条间距进过调整以后各方面的受力都比等跨布置时更为合理。
3工程实例
作者曾对某工业仓库屋面系统的设计尝试性地采用了此檩条不等间距布置的优化设计方法, 经过对比分析, 取得了令人满意的经济效益。
3.1 工程概况
此工程为横向单跨双坡, 跨度为45 m, 纵向为30个6 m柱距, 有31条行线, 共180 m, 屋面坡度为1∶20, 整个屋面的水平投影面积为8 100 m2。屋面系统是采用W600长尺屋面板的有檩屋面系统。屋面板材质为Q235BF, 其强度设计值为f=205N·mm2, 弹性模量E=206 000 N·mm2。屋面荷载设计值为3.0kN·m2。
3.2 檩条间距的优化设计
在屋面系统的设计过程中, 第一种方案采用了常规的檩条等间距布置, 根据已有的设计资料, 参照《轻型钢结构设计指南》 (实例与图集) 附表41-3, 选用基板厚度为1.0 mm的W600型 (YX130-300-600) 压型钢板, 檩条间距为4.5 m。该方案的用钢量为109.8 t。
第二种方案是采用檩条不等间距布置, 由于屋面板所承受的最大弯距值有较大幅度的降低, 所以可采用同种类型的基板厚度为0.8 mm的压型钢板, 经过验算, 其截面强度及刚度均能满足要求。该方案的用钢量为88.6 t, 比第一种方案节省钢材19.3%。
檩条采用不等跨布置后, 相应的檩托不等距, 檩条拉杆长度也会不等, 这对施工造成了一定的困难, 但只要认真施工, 还是可以满足设计要求的。
4结束语
为方便设计人员采用不等间距的檩条布置, 可通过对各种常用跨度的多跨连续梁在均布活载下进行计算, 找出合理的不等跨布置的位置, 绘制成图表, 设计人员可以按各自需要查表取用。
摘要：轻钢建筑结构由于其具有用钢量省、造价经济、供货迅速、外形简洁及环保效果好的特点, 近年来越来越受到人们的青睐。本文从檩条布置的间距出发, 分析了檩条及屋面板的受力特针, 提出了檩条不等间距布置的设计方法及结合工程实例对檩条间距的优化设计进行了阐述, 供设计人员参考。
关键词：轻型钢结构,优化设计
参考文献
[1]中国建筑工业出版社, 2000.轻型钢结构设计指南 (实例与图集) .
[2]北京:机械工业出版社, 2000.钢结构设计与计算.
浅析轻型钢结构的房屋设计 篇6
随着我国社会和经济的迅猛发展,我国的建筑行业的发展日新月异,同时人们各方面的要求越来越高,这样使得人们对建筑的要求日益提高。在20世纪90年代发展起来的轻型钢结构房屋促进了建筑行业的发展,尤其是到了21世纪,随着高层建筑,大型场馆建筑等复杂钢结构的发展,在房屋的设计中,轻型钢结构的应用越来越广泛。然而,在轻型钢房屋设计中还存在着设计和施工中的问题,本文对轻型钢结构房屋的设计和施工进行探讨。
1 轻型钢结构房屋设计
1.1 端排钢架的设计
通常情况下,轻型钢结构房屋不单独设计端排钢架,虽然荷载和中排钢架的刚度和端排钢架的刚度不同,一般不单独设计端排钢架,设计中施工图和中排钢架的相同的。同时,对于端排钢架,抗风柱起不到支撑作用,其作用是承担端强的重量以及抵抗水平侧力。实际设计中,端排钢架的支点是抗风柱,这样就降低了钢柱和钢梁的断面,并且使得H型钢翼缘的板厚和尺寸减少。端排钢架承担了屋面的半载和端墙的自重,通过横梁以及撑杆,端排钢架抗风柱将荷载传递到屋面系统,这样型钢的用量减少,需要注意的是,扩建的时候端排钢架应该和中排架一样。端排钢架的支点采用抗风柱,这样就对钢架梁的垂直变形起到了限制的作用。事实上,由于端排钢架的承载和中排钢架的承载是不同的,所以,端排钢架的垂直变形和中排钢架的垂直变形是不一样。
1.2 楼盖体系的设计
承载能力,刚度以及整体性能是多层房屋钢结构必须考虑的因素。在设计中,钢梁上面设置压型钢板,同时浇筑100~150mm钢筋混凝土楼板,从而增加楼板和钢梁的链接性能,楼板和钢梁的组合,使得梁的承载能力得到了大幅度提高。轻型钢房屋中,楼盖不但具有分配竖向荷载到墙柱外,同时保证和抗侧力结构的协调,并且基于抗震角度,能够减轻楼板的自重。通常应用的楼盖有压型钢板和现浇混凝土组合楼板,现浇钢筋混凝土楼板和钢混凝土叠合板等构造。
1.3 抗风柱和柱间支撑的设计
轻型钢结构中,作为端排钢架的支点,抗风柱对钢架梁的垂直变形起到了限制作用。事实上,因为端排钢架的承载不同于中排钢架的承载,因此,端排钢架的垂直变形不同于中排钢架的垂直变形。同时,钢架梁和檩条的链接方式是铰接,允许边跨檩条的两端的沉降有差值,轻型钢结构房屋的楼板可以适应边跨檩条沉降的差值。通常情况下,轻型钢结构房屋设计的柱间支撑的设置大多采用角钢剪刀撑。这样就能够使得每一肢既可以满足压力的要求也可以满足受拉的长细比的要求,所以,柱间支撑截面的设计比较大。轻型钢结构房屋通常采用压型钢板和保温材料作为的墙体的围护结构,尤其是在厂房的设计中,厂房柱顶位移限值比较宽,吊车的吨位小于20t,这样纵向水平刹车力比较小。通过纵向水平力的和设计确定钢筋的直径,要求满足钢筋拉紧,实现真正的纵向传递水平力的作用。
1.4 主钢构材质的选择设计
钢种为Q345的钢材质是目前大多数建设单位常用的轻型钢结构材质。进行轻型钢结构房屋的钢架结构设计时不但要考强度设计,同时要考虑稳定性设计,影响轻型钢结构设计的因素非常多,包括高度,跨度,风载,地震烈度等等。对于不是地震区域的建筑由于风载比较小,跨度要求大,因此,构件内部的力很大,是控制强度,高强度的材质减少了钢材的用量,使得建筑物的成本减少;在地震多发区域,设计时要考虑抗震防烈度和风载,这时候的由于刚度控制的变形比较大,此时即使对于高强度的材质,也必须要保证足够的构件的截面,从而满足具有足够的刚度应对变形,此时高强度的材质使得建筑成本增加,增加了成本,造成了资源的浪费。
1.5 轻钢型结构节点抗震的设计
一般情况下,钢架梁柱的节点有两种方式,按照“常用设计方法”,也就是根据全部的弯矩都是由翼缘连接承受,而假设全部的剪力是由梁腹板承受进行设计的。这种设计的缺点是不能够有效实现强节点弱杆件的抗震的目的,尤其是在高烈度区域存在了比较大的隐患。因此,对框架的节点设计进行改进,可以采用把梁端上下翼缘的局部盖板的面积加大,或者通过在梁端的上下翼缘处增加楔形盖板,以及翼缘截面面积增加的措施。
1.6 轻钢型结构屋面板的设计
通常情况下,檩条的间距布置就是指的是屋面板和檩条的设计。按照檩条的布置,屋面板最多按照5跨等跨连续梁进行设计,那么将造成中跨跨中弯矩比屋面板端跨跨中弯矩小很多的后果,按照端跨跨中弯矩选择屋面板,那么就不能充分发挥中跨屋面板的作用。而根据屋面板的第二座的反力作为檩条的线荷载设计的依据,然而在5跨连续板中,第二支座反力是反力最大的支座,按照第二支座反力进行檩条的设计,使得屋面板的第二支座的檩条能够充分发挥作用,但是中跨支座檩条的作用不能得到充分发挥,承载力富裕度很多。因此,对于轻型钢结构的房屋采用不等跨的布置方式,檩条的布置则采用中跨间距增加以及屋面板端跨间距减少的措施,使得中间跨弯矩以及屋面板的端跨的弯矩相接近,或者通过檩条的不等跨布置方式使得屋面板支座的应力相接近,从而使得屋面系统的材料的性能得到发挥,使得钢材的用量降低,进而降低了建筑的成本。
1.7 轻钢型结构房屋雪荷载的设计
设计轻钢型结构房屋时,应该按照GB50009-20001《建筑结构荷载规范》中对房屋屋面的雪的分布系数进行雪载的设计,不能单纯的按照均匀分布进行设计。然而实际设计中,通常情况下在双跨双坡屋面,单跨双坡屋面以及高低跨相邻的屋面时,没有考虑雪荷载分布不均系数,这样不但给设计造成了不便,同时给轻型钢结构房屋的安全带来了隐患,特别是在北方严寒地区,雪的荷载很大,这样屋面结构的主要控制对象就是雪荷载。基于此,在轻型钢结构房屋设计时,必须要屋面积雪的不均喜事,特别是对于高低跨相邻的建筑,要进行调整,从而确保轻型钢结构房屋的安全。
2 轻型钢结构房屋施工
2.1 轻型钢结构房屋钢柱的安装
当前,在很多工程中,由于钢柱安装以后没有在一条直线上,造成了东西倾斜,从而使得墙面板安装以后的外观受到很大的影响,其主要原因是安装钢柱时,钢柱的轴线位置偏差大或者柱脚没有调平造成的。因此,安装钢柱时,必须将放线的轴线的位置确定准确,当钢柱的吊装完成后,通过底板底部的螺母的调整调平柱脚,最终,利用膨胀细石混凝土进行二次灌浆填实,使得钢柱轴线的垂直度满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001中的规定,即对于单层柱,当高H不高于10m的时候,偏差的允许范围是H/1000;如果高H超过10m的时候,偏差的允许范围是小于25mm,从而确保工程的质量及安全。
2.2 轻型钢结构房屋钢架安装支撑的设置
完成钢架的吊装,为了保证和实现整体结构的稳定性,应该及时将支撑和其他连接构件固定牢靠。然而,实际工程中,存在着安装过程中发生钢架倾斜严重的甚至倒塌的情况,其主要原因是为了追求进度,没有及时安装支撑系统,这样造成的损失不但使得施工的进度受到影响,也造成了经济损失。因此,在轻型钢结构房屋施工过程中,安装钢架时,对于第一个钢架就必须通过绳索进行支撑的预设,当进行后面的钢架的安装的时候,及时进行支撑系统的安装,并且为了保证质量和安全,必须要在全部钢架都安装好以后,再将绳索去除。
2.3 轻型钢结构房屋高强螺栓的施工
当利用高强螺栓进行梁柱之间的连接以及梁和梁之间的连接时,在轻型钢结构房屋设计时,当剪力大的时候,通常通过高强螺栓的摩擦型连接。螺栓的数目是通过按照抗剪力和抗拉力的计算得到的。施工过程中,根据设计要求要对接触面进行处理,通过高强螺栓拧紧,使得连接面的接触能够更充分,这样就增强了高强螺栓的抗剪力。
2.4 轻型钢结构房屋的檩条间拉紧
按照国家规范CECS102-2002门式钢架轻型钢结构房屋技术规范规定,檩条的跨度超多4m的时候,应该在檩条间设置撑杆或者圆钢拉条。施工中要严格按照设计,将撑杆或者拉条拉紧,使其拉力能够充分传递。
2.5 施工过程中固定好屋面板
轻型钢结构房屋安装屋面板时,必须要通过自攻钉将檐口处屋面边缘和屋脊盖板固定在檩条上。尤其是在沿海地区,屋面板施工时,在檐口处屋面边缘和屋脊盖板的自攻钉应该保证数量,从而避免风的影响,确保屋面的安全。
3 结束语
轻型钢结构越来越多的应用在建筑行业中,从轻型钢结构房屋设计和施工两个方面进行分析,基于国家规范,不但提高轻型钢结构房屋设计的质量,同时加强提高施工要求,使得轻型钢结构房屋合理安全。
摘要：随着我国建筑行业的蓬勃发展,轻型钢结构房屋的应用越来越广泛。介绍了轻型钢结构房屋设计需要注意的问题,同时也阐述了轻型钢结构房屋施工应注意的问题,从而为轻型钢结构房屋的合理设计和质量安全提供参考依据。
关键词：轻型钢结构,设计,施工
参考文献
[1]陈国毅.轻型钢结构在我国住宅建筑中的应用与发展[J].山西建筑,2007(15)33:60～62.
[2]门式钢架轻型房屋钢结构技术规程(CESC102:2002)[S].北京:中国计划出版社,2002.
[3]刘青松.轻型钢结构房屋设计的几点建议[J].安徽建筑,2005,5:25,28.
轻型木结构房屋的主要建筑材料 篇7
轻型木结构房屋的建筑材料与我国传统梁柱体系的木结构房屋不同,主要以小尺寸的规格材和板材为主,从而利于工业化生产和充分利用木材,这些建筑采用通过钉连接或齿板连接构成木结构的结构构件。轻型木结构的主要材料包括:规格材、特殊木材产品、工程木产品、木基结构板材和连接件,下文将分别作一叙述。
1规格材
多用于建造轻型木结构房屋的厚度在40(±2)mm～90(±2)mm之间的木材称为规格材(相应的加拿大尺寸为38 mm和89 mm)。规格材生产过程是先将已去皮的原木纵向切割为板块或方料,然后将这些粗制产品切边后,再次进行切割至特定的规格及长度。
木结构设计规范中的规格材要求截面尺寸以5 mm为模数,而加拿大进口规格材的截面名义尺寸均以2 ft为模数,因此规范规定当进口规格材的尺寸和规范要求的尺寸相差不超过±2 mm时,可按相应规格材等同使用。
2特殊木材产品
1)机械应力分级材(MSR):
机械应力分级材(MSR)的强度取值是经过机械应力分等设备定级的规格材,加拿大有生产,其生产应该符合NLGA《特殊产品标准2》。每根木材都经目测检查并用机械方式来测量其刚度。机械应力分级材比目测分级材的设计强度取值要高。
2)指接材:
指接材是将较短的规格材末端加工成指形并胶合在一起制成的。每根指接材的长度不限,可以在特殊和重要的场合应用。
3)方木:
方木一般用于梁柱式木结构而不是轻型木结构,其最小厚度为140 mm。中等木材均可用于制作方木,但是尺寸较大的方木往往只限于采用花旗松—落叶松或者铁杉—冷杉。
4)防腐材:
防腐材是指用化学防腐剂经加压处理可抵御真菌和包括白蚁在内的昆虫侵袭的木材。木结构设计规范第9章要求所有直接与砌体、混凝土接触的木构件都要进行防腐处理。
上述木材中机械应力分级材和指接材在我国规范中尚没有具体规定。
3工程木产品
工程木产品是经二次加工的木材产品和构件,它比传统的结构用木材有更广泛的用途。一般来讲,工程木产品的木材利用率高,并且更为坚固,可以加工成长度较长的构件应用于跨度较大的建筑中。工程木产品的设计和生产可以满足特殊的性能要求。工程木产品包括如下几种:
1)结构复合木材。
结构复合木材有以下两种:
a.旋切板胶合木(LVL):将经超声波定级的旋切单板顺木纹层叠胶合热压而成。b.平行木片胶合木(PSI):将经选择的旋切木片顺木纹胶合热压而成。
这类木材产品的抗弯强度和刚度分别是普通木材的3倍和1.3倍,其含水率较低,故安装后收缩很小。结构复合木材通常在轻型木结构和梁柱式结构中用作梁、过梁和柱。
这些产品没有统一标准,每件产品都有各自的设计指标。制造参数和产品质量是由制造商确定和控制,但必须经第三方认证机构进行质量审查。
2)工字形木格栅。
工字形木格栅由腹杆(用定向木片板或胶合板制成)和上、下翼缘(用目测分级木材、机械应力分级木材或旋切板胶合木(LVL)制成)组成。工字形木格栅具有产品尺寸稳定、强度高、重量轻、工程特性已知等特点。
工字形木格栅可以用来替代实木格栅,特别是对于楼盖系统,对屋盖系统来说,也可用工字形木格栅来替代椽条。工字形木格栅的规格很多,长度可达20 m。在轻型木结构房屋中适合用较长的格栅和椽条。
4木基结构板材
木基结构板材有两种:胶合板(Plywood)和定向木片板(OSB),可用作轻型木结构房屋的楼面板、墙面板和屋面板。这两种板材均是采用薄木板或薄木片热压胶合而成的,它们的规格相同,均使用防水结构胶,都属于经二次加工的木材产品。
1)胶合板(Plywood)。
胶合板是薄木板层叠热压胶合而成的。通常薄木板的木纹方向在胶合板中心线两侧是平衡的,胶合板的每一层(由单层或多层薄木板组成)与其相邻层交叉垂直放置(见图1)。胶合板每层之间交叉垂直放置,使其在纵向和横向两个方向上都有良好的强度和刚性,并且具有极好的尺寸稳定性。
用作覆面板的胶合板的厚度通常为9.5 mm,12.5 mm,15.5 mm和18.6 mm。最常见的胶合板尺寸为1 220 mm×2 440 mm。
2)定向木片板(OSB)。
定向木片板(见图2)是将白杨薄木片分层定向铺装,经热压胶合而成。面层薄木片的定向与板材的长度方向一致,使板材在纵向具有更大的强度和刚度。
加拿大制造的定向木片板的厚度一般为6 mm,9.5 mm,11 mm,12 mm,15 mm和18 mm,标准尺寸与胶合板相同。定向木片板可以在工厂切割成不同的尺寸,以满足当地市场或不同用途的需要。定向木片板的四边在工厂涂上保护层起防潮保护作用。定向木片板用作屋面板时,其粗糙的一面是为了提供一个安全、可靠的防滑表面。定向木片板在轻型木结构房屋中用作覆面板时,其使用方法基本上与胶合板相同。
5连接件
轻型木结构房屋中,金属连接是最主要的连接方式。连接件的作用是将各种结构构件和覆面材料连接在一起,并承担和分散荷载,帮助结构抵抗特殊荷载,如地震荷载和风荷载。连接件是房屋设计和房屋总体结构性能的一个基本部分。
轻型木结构中最常用的连接件有钉子、螺钉、U形钉、螺栓框架连接件和锚栓。底层墙体通过螺栓锚固于混凝土基础上,屋面板、墙面板通过钉子固定在规格材上,楼面板用钉子或螺钉,通常也结合结构胶加以固定。房屋框架各构件之间通常用钉子以及各种规格的金属连接板连接。
6结语
目前轻型木结构房屋的建筑材料除胶合板和规格材外,其他建筑材料多数依靠进口。随着我国经济速生林资源的扩大,这些建筑材料的本土化将会很快发展起来。
摘要：针对轻型木结构房屋的建筑材料与我国传统梁柱体系的木结构房屋的不同,指出其主要以小尺寸的规格材和板材组合成的木剪力墙、楼盖、屋架作为主要受力构件,从而利于工业化生产和充分利用木材。
关键词：轻型木结构,规格材,工程木产品,板材
参考文献
轻型房屋钢结构的设计与应用研究 篇8
关键词：钢结构,住宅设计,应用
1 轻型钢结构的基本方案
1.1 结构体系
一般来讲, 轻型钢结构多层房屋中最常用的结构体系为框架结构, 但是根据具体的建筑方案的不同需要, 有时也采用悬挂体系。框架结构的主要应用优点是平面布置灵活, 各部分刚度比较均匀, 构造简单, 且易于施工。但是同样的其缺点也非常明显, 即其自振周期较长, 自重较轻, 对地震作用不敏感。侧向刚度小, 侧向位移难以控制。而悬挂体系虽然具有适用范围较窄的特点, 但是其可以在地震时做到很好的防震保护, 因此也被主要应用于地震多发区的房屋建筑中。
1.2 梁柱截面
无论是框架结构还是悬挂结构中的房屋梁柱多为轧制或焊接工形截面, 因其在使用中具有较强的稳定性, 但是有时也可采用箱形截面, 主要是因为箱型截面可以有效的拓展室内空间, 这都要视工程的具体情况而定。
1.3 构件组合
由于受到我国型钢品种和供应的限制, 目前在轻钢结构中主要采用的构件为焊接构件, 焊接构件的特点是刚度有余, 韧性不足, 所以随着施工工艺的不断发展, 我们希望能够研发出一种更加合适的构件组合方法, 或者随着材料学的不断发展, 研发出一种兼具刚度和韧性的焊接构件。
以上三点共同构成了轻型钢结构房屋建筑的基本方案, 值得注意的是对于一些设有电梯的多层房屋, 为增强侧向刚度, 结合其电梯井的布置, 还可以采取框架———抗剪桁架体系或框架———剪力墙的 (通常为钢板剪力墙) 结构体系。
2 楼盖体系
房屋建筑的特点决定了多层房屋钢结构的楼板必须有足够的承载力、刚度和整体性, 因为楼板连接着上下两套住宅, 所以其质量至关重要。所以, 为了实现这些性能, 当前较常采用的方法是在钢梁上铺设压型钢板, 再浇注100~150mm的钢筋混凝土板, 即压型钢板组合楼板, 这样就可以满足其刚度和承载力的要求, 再通过栓钉连接压型钢板与钢梁, 就可以保证其整体性。除此之外, 还可用预应力薄板加混凝土现浇层或一般钢筋混凝土楼板, 但是在施工的过程中要保证楼板和钢梁之间的可靠连接, 否则就会导致二者分离, 致使承载力下降。在楼盖体系的设计过程中, 设计人员要根据工程的实际情况和需要考虑钢梁和楼板的组合作用, 科学的组合形式可以显著提高梁的承载力和整体稳定性, 并有效降低梁高, 反之, 不当的组合不仅不会发挥二者组合的优势, 还会影响钢梁和楼板的自身功能的发挥。在我国目前的住宅建筑中, 主梁与次梁的连接一般为简支等高连接, 因其能够保证房屋格局的整体性, 但是有时也做成不等高连接, 如采用压型钢板组合楼板时, 为便于铺设压型钢板, 主次梁顶面相差压型钢板厚度, 同时还可以增大建筑净层高。
3 围护结构
围护结构虽然对工程起着非常重要的保障作用, 但是其从根本上讲, 并不属于影响房屋主体结构的部分。因此, 为了减轻多层房屋钢结构的自重, 不给房屋增加额外的承载上的负担, 所以设计人员在轻型房屋刚结构的围护结构的设计过程中会尽可能的采用轻质材料。一般情况下, 多层房屋钢结构的外墙墙体采用的轻质填充材料有:空心砌块、加气混凝土以及压型钢板加轻质保温层组成的复合墙体等, 另外, 也有很多房屋外墙采用轻质美观的玻璃幕墙结构, 但是由于玻璃幕墙的成本较高, 并不适用于普通的住宅小区进行推广。而轻钢结构房屋的内隔墙为了减重可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充墙或轻钢龙骨石膏板, 这些材料不仅能够减重, 还可以起到一定的辅助支持作用, 但是缺点是隔声和隔温效果不好, 所以, 目前也有一些房屋建筑中采用铝合金框玻璃作隔断, 但是其局限同玻璃幕墙一样, 并不适用于在住宅建筑中大范围的推广和使用。
虽然传统的房屋建筑中的防水层大多采用的是油毡加沥青的形式, 但是对轻型钢结构房屋来说, 传统的油毡加沥青的屋面防水层很不经济, 其操作复杂, 且消耗材料多, 所以, 现代的房屋防水层大都采用卷材防水来代替油毡沥青, 实践证明, 卷材防水不仅轻便易操作, 其防水效果也较传统的油毡沥青更加均匀。而轻钢结构的屋顶保温层也摒弃了传统的水泥砂浆找平层和焦渣保温层, 转而用新型轻质保温材料予以取代, 如JQN板、聚乙烯混凝土板等, 这种新型材料的最显著的优势就是可根据具体要求灵活调整厚度。
多层轻钢房屋基础的几种常用形式有:柱下独立基础、条形基础和十字形基础, 偶尔也可采用片筏基础, 但是并不常见。采用柱下独立基础时, 应注意避免各个基础相对不均匀沉降对上部结构的影响, 尽可能的采用一定的辅助措施, 将各个基础柱体的沉降控制在大致持平的范围。基础梁常用现浇或预制钢筋混凝土结构, 有时根据要求也可采用钢基础梁, 但是如果选用钢基础梁, 就必须将埋置在地面以下的柱脚和钢梁外包混凝土, 以避免因为自然环境的侵蚀, 导致钢基础的锈蚀和变质。
4 节点构造
多层房屋钢结构柱多采用焊接工形或箱形截面。对于工形焊接来说, 其主要的缺点是截面腹板比较薄, 故在此弱轴方向与梁的连接多采用铰接, 而强轴方向采用刚接形式。有时还可采用半刚性连接, 但其受力特性较复杂, 往往通过试验来取得较准确的设计数据。同时多层房屋钢结构的构件相对较薄, 应尽量避免在安装工地现场焊缝连接, 应提前在适宜的工作环境下由专门的焊接人员焊接好, 安装时, 直接运输至现场。另外, 在节点的设计中, 为了加强结构的整体刚度, 可以把次梁做成连续梁的形式。
5 防火和防腐措施
我国的钢结构的防火主要采用防火涂料、发泡防火漆和外包防火层三种方法进行。对于房屋中必须外露的钢结构构件, 如楼梯等, 大多采用涂料和漆料涂刷的方式进行防火, 一般情况下采用10~40mm厚的涂料, 其耐火极限可达一点五至三个小时, 而如果采用发泡漆进行防护, 其耐火基线时间为一般只有半个小时, 所以如无特殊建筑要求, 一般推荐采用防火涂料的方式。对房屋建筑中一些不外漏的相对来讲隐藏于结构内部的构件的防火, 采用珍珠岩和蛭石防火喷涂或防火板是最为经济有效的方法, 一般情况下30~40mm厚的喷涂可实现一个半小时的耐火极限, 与此同时, 该喷涂材料还有一定的防腐能力, 可以作为一种日常维护。另外, 暴露于外的钢构件的防火一般采用耐腐蚀涂料或油漆防腐进行, 通常情况下, 要涂刷两次, 因为耐腐蚀涂料由底漆和面漆两个部分组成, 单独涂刷底漆或者面漆无法达到良好的防腐和防火效果。值得注意的是, 目前市面上的普通防腐涂料的有效期一般为十年至二十年左右, 所以有关部门要做好备案, 以便在材料过期和失效时能够及时的重新涂刷。镀锌压型钢板的防火措施, 主要以涂刷有机涂料为主, 因为其本身具有一定的防腐能力, 在用于楼盖时可借助于防火涂料解决防腐问题, 所以涂刷涂料的主要目的在于增加其耐久年限。
6 结语
门式刚架轻型钢结构房屋设计探索 篇9
关键词：门式,刚架,轻型,钢结构,房屋,设计
钢结构是土木工程的主要结构类型之一, 是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的, 在房屋建筑、地下建筑、矿山建筑、水工建筑、仓储建筑、桥梁、塔桅、海洋平台、港口、油气等压力容器以及管道中都得到广泛应用。
门式刚架结构是一种轻型房屋结构体系, 以等截面或变截面轻型焊接H型钢、等截面热轧H型钢或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架, 用冷弯薄壁型钢 (槽钢、卷边C形、Z形等) 做凛条、墙梁;以压型钢板、压型铝板做屋面和墙面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酷泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑。
1 设计结构形式
门式刚架又称为山形门式刚架.其结构形式多种多样。按构件体系分, 有实腹式与格构式;按截面形式分, 有等截面和变截面;按结构用材分, 有普通型钢、薄壁型钢和钢管;按跨度可以分为单跨、双跨和多跨刚架;按屋面坡向分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡等。在单层工业与民用房屋钢结构中应用较多的单跨或多跨的单、双坡门式刚架 (根据需要可带挑檐或毗屋) 。根据通风、采光的需要, 这种刚架厂房可设置通风口、采光带和天窗架等, 目前单跨刚架跨度国内最大已达到72 m。
对于多跨刚架, 在相同跨度条件下, 多脊多坡与单脊双坡刚架用钢量大致相当。但多脊多坡刚架的内天沟容易产生渗漏及堆雪等问题, 而连续的长坡压型钢板屋面有利于排水, 因此常做成单脊大双坡屋面。对于单脊双坡多跨刚架.无桥式吊车时, 且当刚架柱不是很高, 风荷载也不很大时, 中柱宜采用两端铰接的摇摆柱。中间摇摆柱和梁的连接构造简单, 而且制作和安装都省工。摇摆柱不参与抵抗侧向力, 截面可以用得较小。但设有桥式吊车时, 中柱宜为两端刚接, 以增加刚架侧向刚度。
2 结构布置
2.1 门式刚架布置
门式刚架的跨度指横向刚架柱之间的距离, 跨度宜为9-36m, 宜以3m为模数, 必要时可不受模数限制;当边柱宽度不等时, 其外侧应对齐。门式刚架的高度, 应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度, 宜采用4.5m-9.0m, 当有桥式吊车时不宜大于12m.高度应根据使用要求的室内净高确定, 有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求来确定。柱的轴线可取通过柱下端 (较小端) 中心的竖向轴线。工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮。斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。
2.2 檀条和墙梁布置
屋面檀条一般等间距布置, 但在屋脊处, 应沿屋脊两侧各布置一道檀条, 使屋面板外伸宽度不要太长 (应小于200 mm) , 在天沟附近应布置一道檀条, 以便于天沟的固定。檀条间距应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檀条供货规格等因素的影响并按计算确定。
侧墙墙梁的布置, 应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。当采用压型钢板作围护墙面时, 墙梁宜布置在刚架柱的外侧, 其间距随墙板板型和规格确定, 且不应大于由计算确定的数值。
2.3 支撑与刚性系杆的布置
门式刚架轻型房屋钢结构的支撑, 可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑, 圆钢与相连构件的夹角应在300---600范围内, 宜接近450.当设有起重量不小于5t的桥式吊车时, 柱间宜采用型钢支撑;在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。
3 设计时需要注意的几个要点
3.1 门式刚架中组成构件的板件较薄,
对制作、涂装、运输、安装的要求较高。焊接构件板的厚度不应小于3.0 mm, 冷弯薄壁构件中板的最小厚度为1.5 mm, 屋面、墙面压型钢板基材厚度不宜小于0.4 mm。门式刚架构件由于板件较薄, 抗弯刚度、抗扭刚度较小, 在运输和安装过程中应采取措施防止构件发生弯曲和扭转变形, 同时还要重视支撑体系和隅撑的布置, 重视屋面板、墙面板与擦条、墙梁等构件的连接构造。
3.2 框架斜梁的竖向挠度限值一般情况
规定为1/180, 除验算坡面斜梁挠度外, 是否要验算跨中下垂度?现在了解到, 美国是计算的。他们作框架分析, 一般是将构件分段, 用等截面程序计算, 每段都要计算水平和竖向位移, 不能大于允许值, 等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度, 刚度太小竖向变形就大。要的度本来就小, 脊点下垂后引起屋面漏水, 是漏水的原因之一。有的工程由于屋面竖向刚度过小, 第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡, 使屋面变形。现在打算做个规定, 刚架侧移后, 当山尖下垂对坡度影响较大时, 要验算山尖垂度, 以便对屋面刚度进行控制。
3.3 少数单位设计的门式刚架, 采用钢
筋混凝土柱和轻钢斜梁组成, 斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连, 形成刚接, 目的是想节省钢材和降低造价。在厂房中, 的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架, 但此时梁柱只能铰接, 不能刚接。多高层建筑中, 钢梁与墙的连接也是如此。因为混凝土是一种脆性材料, 虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力, 但在连接部位, 它的抗拉、抗冲切的性能很并, 在外力作用下很容易松动和破坏。
3.4 支撑和刚性系杆的布置应符合下列要求
(1) 在每个温度区段或分期建设的区段中, 应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。
(2) 在设置柱间支撑的开间, 宜同时设置屋盖横向支撑, 以组成几何不变体系。屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时, 在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。
(3) 柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30m-45m。当有吊车时宜设在温度区段中部, 当温度区段较长时宜设在三分点处, 且间距不宜大于60m。
(4) 当房屋高度相对于柱间距较大时, 柱间支撑宜分层设置。当建筑物宽度大于60 m时, 在内柱列宜适当增加柱间支撑。
(5) 在刚架转折处 (单跨房屋边柱柱顶和屋脊, 以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊) 应沿房屋全长设置刚性系杆。
(6) 由支撑斜杆等组成的水平析架, 其直腹杆宜按刚性系杆考虑。
(7) 刚性系杆可由擦条兼作, 此时擦条应满足对压弯杆件的刚度和承载力要求。当不满足时, 可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其它截面形式的杆件。
(8) 在设有带驾驶室且起重量大于15t桥式吊车的跨间, 应在屋盖边缘设置纵向支撑析架.当桥式吊车起重量较大时, 尚应采取措施增加吊车梁的侧向刚度。
结束语
综上所述, 在设计钢结构时, 应当从工程实际出发, 合理选用钢材, 选择高强度、具有较好经济指标的钢材;在结构方案选择上, 应尽可能采用标准化、模数化的结构布置;在连接设计中.应选用构造简单、传力直接的节点形式, 并应满足构造要求;另外, 在钢结构设计中, 还应保证钢结构在加工、运输、安装和使用过程中的强度、刚度和稳定性要求, 并应针对钢结构的实际, 满足防火、防腐的要求。宜优先选用通用的和标准化的结构和构件, 减少制作、安装工作量。
参考文献
[1]李天.建筑钢结构设计.2010.
[2]赵玉星.常用建筑结构设计.2008.