刚架结构

刚架结构（共10篇）

刚架结构 篇1

1 概述

1.1 组成

以轻型焊接H型钢或热轧型钢或冷弯薄壁型钢构成的刚架为主要承重骨架, 以薄壁型钢为檩条, 以压型金属板为屋面墙面, 在外侧设置保温隔热材料的轻型房屋称之为轻型门式刚架。其中, 梁柱大都采用焊接H型钢, 梁柱节点安装跨度不同, 采用不同的连接形式, 对于单跨结构采用刚性连接, 对于多跨采用刚铰并用的原则。钢柱和基础可以采用刚接, 也可采用铰接。建筑围护采用含玻璃棉的压型钢板, 它具备自重小和保温隔热的优点, 所以屋面和墙面都是采用复合结构板, 而主要受力构件 (梁、柱) 均为型钢。

1.2 特点

1) 区别于传统框架结构的砌体填充墙体, 轻型门式刚架的围护结构大多采用压型钢板和玻璃棉组合的材料, 这种材料可以应用在墙体, 也可应用在屋顶, 由于材料的自身容重小, 导致组合产品的整体质量轻, 所以对于轻型门式刚架的承重结构也是非常有利的。由于轻型门式刚架应用多年, 经过市场验证, 单层轻型门式刚架每平方米用钢量约20 kg, 在条件相同的条件下, 自身重量仅仅为传统钢筋混凝土结构的1/25。由于自身重量轻, 相关联的地基处理和基础设计费用也能降低很多。对于上部结构, 在相同地震烈度作用下, 轻型门式刚架地震反应小, 但是由于质量轻, 风荷载对轻型门式刚架的受力影响较大, 所以在做设计时, 风荷载是轻型门式刚架的控制荷载。

2) 轻型门式刚架的主要受力构件均为钢结构工厂现场制作, 质量易于保证, 运输到施工工地后, 只需进行吊装焊接, 施工工序简单, 工期短, 操作平台小, 相应的现场施工人员少。但由于钢结构现场连接常采用焊接和螺栓连接, 故对工人施工技术要求高, 对施工工艺尤其是焊接工艺要求高。

3) 由于钢材的价格高于钢筋混凝土成本, 但由于设计施工周期短, 构件生产加工自动化程度高, 建筑材料种类少, 且便于运输, 故轻型门式刚架总体投资费用相比混凝土结构略低, 周期短也会使资金周转快, 投资效益高。

4) 普通框架结构受材料因素的制约, 往往柱距控制在9 m以内, 超大跨结构很难实现, 而轻型门式刚架由于自重轻, 且钢材的延性弹性较高, 故柱网布置基本不受限制, 柱距大小主要根据使用要求确定。

5) 檩条、墙梁和隅撑的设置使轻型门式刚架的整体稳定性大大增加, 还能减少屋盖的支撑数量。对于轻型门式刚架的梁柱为了节省材料, 可采用变截面构件, 同时由于变截面门式刚架达到极限时, 可能会在多个截面处形成塑性铰, 因此塑性设计不再适用。一些组成构件由于很薄, 在制作、运输、施工中的难度也会增大, 在轻型门式刚架中, 焊接板最小厚度仅仅为3.0 mm, 冷弯薄壁型钢最小厚度为1.5 mm, 压型钢板的最小厚度为0.4 mm, 因此在构件施工焊接时, 如果外力过大, 会造成构件的局部变形, 同样锈蚀问题也是相当严重的。所以在运输施工中要采取必要的保护构件措施, 防止构件因非工程原因而失去结构效果。

1.3 应用

轻型门式刚架结构在我国开展较晚, 随着改革开放和炼钢技术的大提升才有的发展, 主要用于大跨度的厂房、建材仓库、物流仓库、大型超市、小型体育馆等结构, 还有一些房屋加层和简易互动用房。相应的大型钢结构公司也蓬勃发展。

2 设计应用

2.1 结构形式

轻型门式刚架常常被称为山形门式刚架, 是按照其样式形象命名的。结构设计时按照跨度区分为单跨、双跨和多跨结构;按照屋面坡脊数分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。对于多跨轻型门式刚架, 在相同跨度情况下, 多脊多坡和单脊双坡总耗钢量基本相同, 但在考虑雨水排水问题时, 常采用单脊双坡, 而多脊多坡容易产生漏水和堆雪情况, 增加屋面板重量, 出现安全隐患, 所以在实际设计中尽量避免多脊多坡形式。对于无桥式吊车厂房, 当风荷载因素影响不大时, 常常使用单脊双坡轻型门式刚架, 这种情况的中柱可采用上下两端铰接的摇摆柱, 与之相连的梁也构造简单, 而且制作安装都省事, 这些柱不参与结构抵抗受力, 截面选择也更加容易。反之, 若厂房设有桥式吊车时, 中柱需要和基础与梁刚接, 以增加轻型门式刚架的侧向刚度。所以说轻型门式刚架采用边柱和梁的组合形式, 可以承担全部的抗侧力体系, 边柱的高度降低也可以使钢材发挥最好的效果。

对于轻型门式刚架, 柱一般采用等截面构件, 柱脚一般按照铰接支撑设计, 对于有吊车的则采用刚接。轻钢屋面坡度一般取1/20~1/8, 雨水较多的地区坡度选取越大, 越利于排水和防止钢板锈蚀。对于主要梁柱构件, 一般情况柱为单独单元构件, 需采用焊接连接本身;梁属于多单元构件, 可通过设置端板采用螺栓进行单元间的连接。对于起重吊车的吨数, 也要按照相应的级数来确定吊车梁和柱的截面尺寸。

2.2 平面布置

1) 刚架尺寸的选取。轻型门式刚架的跨度一般就是横向钢柱的距离, 一般为10 m~40 m, 常规按3 m的模数, 对于特殊情况也可不按这个要求。为了外围护结构的美观实用, 边柱应保证外侧对齐。钢柱计算高度按地坪至斜梁与柱交点为准, 高度不宜大于9 m, 不宜低于4 m。轻型门式刚架的间距一般取6 m, 7.5 m或9 m, 也可根据荷载条件及使用要求进行改变, 尽量避免大小跨和突变跨。屋面挑檐长度取1 m左右, 不宜大于1.2 m, 坡度与屋脊斜梁相同。对于围护结构, 由于自重轻且截面薄, 所以受温度应力影响较小, 所以温度分区段长度可按照纵向不大于300 m, 横向不大于150 m的要求设置。对于厂房纵向尺寸过于长或者出现特殊情况需要设置伸缩缝时, 可采用双柱设缝或在搭接檩条的螺栓孔采用长圆孔的方式, 并且在屋面板构造上允许伸缩。

2) 墙梁、檩条的设置。檩条应等距设置, 在屋脊处应沿脊两侧各设置一道, 天沟处设置一道, 以保证屋面板尺寸不宜过大和便于固定的要求。檩条间距常按照天窗位置、通风口位置、采光带位置等因素确定。侧墙墙梁应考虑门窗、挑檐、雨篷的要求进行选取。对于压型钢板围护时, 墙梁宜布置在刚架柱的外侧, 其间距应按计算确定。

3) 支撑系统。每个温度区段应设置独立的支撑体系;支撑设置在柱间和屋盖间, 使支撑形成几何不变体系;端部支撑一般设置在第一开间或第二开间, 支撑间距不宜大于45 m, 有吊车时不宜大于60 m, 如果支撑设置在第二开间, 第一开间应设置刚性系杆;对于轻型门式刚架转折处应设置全长刚性系杆, 刚性系杆可由檩条承担作用。支撑虽然不是主要承重构件, 但对于轻型门式刚架结构是不可或缺的。

3 结语

轻型门式刚架结构体系是当地大跨度钢结构应用比较广泛的结构形式, 基本原理和适用条件基本都有相应的规定, 只是在具体工程设计时, 很多细节需要注意, 尤其是支撑和风荷载的考虑。

摘要：基于轻型门式刚架结构的组成与特点, 分析了该结构的应用范围, 并阐述了轻型门式刚架结构选型、平面布置及支撑系统设计的原则, 使轻型门式刚架结构的设计满足相关规范要求。

关键词：轻型门式刚架,结构形式,平面布置,支撑系统,框架结构

参考文献

[1]GB 50017—2003, 钢结构设计规范[S].

[2]GB 50009—2012, 建筑结构荷载规范[S].

[3]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].

[4]陈绍蕃.钢结构 (下册) 房屋建筑钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

刚架结构 篇2

【关键词】门式刚架轻型房屋钢结构；基础设计；设计原则；技术应用；墙架构件设计

自上个世纪80年代起，门式刚架轻型房屋钢结构在我国建筑工程施工中得到了广泛的应用。门式刚架轻型房屋钢结构是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H型钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等组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，其擦条、墙梁可选取冷弯薄壁型钢；屋面、墙面可选取压型金属板；保温隔热材料可选取聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酷泡沫塑料、岩棉等，并进行支撑设置的一种轻型房屋结构体系。现阶段，一般选取焊接H形变截面构件作为门式刚架梁与柱，选取刚接作为单跨刚架梁柱节点，选取刚接与铰接结合的方式应用于多跨刚架梁柱节点，可选取刚接、铰接的方式应用于柱脚和基础。与传统钢筋混凝土结构相比，门式刚架轻型房屋钢结构的优势为柱网布置灵活、围护结构质量轻、抗震性能良好、工业化程度高及经济效益高。将该结构应用于工程建设中，可有效提升工程质量，推动建筑行业高速发展。

一、门式刚架轻型房屋钢结构基础设计

1、设计原则

以概率理论为前提作为门式刚架轻型房屋钢结构设计的极限状态设计法，根据分项系统设计表达式进行计算。并遵循承载能力极限状态、正常使用极限状态进行门式刚架轻型房屋钢结构承重构件设计。

如选取承载能力极限状态进行结构构件设计，需严格遵循《建筑结构荷载规范》相关要求，可选取荷载效应基本组合与偶然组合。在抗震设防区域，需遵循《建筑抗震设计规范》相关要求进行门式刚架轻型房屋钢结构设计，要求其必须符合以下公式：

其中，地震作用考虑分析状态下，荷载与地震作用效应组合设计值由SE表示；

承载力抗震调整系数则由表示。同时，需按照表1所示，确定承载力抗震调整系数。

表1 承载力抗震调整系数

2、基础设计

墙架构件设计：通常选取卷边槽形、Z形冷弯薄壁型钢作为轻型墙体结构墙梁。可选取简支、连续构件的方式设计墙梁，并在刚架柱上支承其2端。如墙梁具备相应竖向承载力及墙板落地或紧密连接墙板时，无需进行中间柱设置，并要对其自重产生的弯矩、剪力等进行充分考虑。如具有条形窗或较高房屋时，其具备较大墙梁跨度，则可依据墙架柱数量进行准确计算。如墙板与墙梁自身重量需墙梁承受，则需对双向弯曲状况加以考虑。

当4到6米为墙梁跨度，可将拉条设置于跨中位置；如跨度在6米以上，需将拉条分别设置于跨间三分点位置。通常将斜拉条设置于最上层墙梁位置，以此向承重柱、墙架柱等位置传递拉力。根据工程具体情况，墙板材料可选取轻质材料，如彩色镀锌或镀铝锌压型钢板、夹心压型复合板等。要求墙板处于落地状态，并连接基础。

支撑构件设计：根据拉杆原理，对门式刚架轻型房屋钢结构内交叉支撑与柔性系杆进行合理设计，选取压杆方式进行非交叉支撑内受压杆件、刚性系杆设计。按照纵向风荷载及支撑于柱顶的水平架对刚架斜梁上横向水平支撑内力进行计算，通常交叉支撑无法进行压杆受力计算。

屋面板与墙板设计：压型钢板为建筑屋面、墙面最常用的材料，选取预涂层彩色钢板进行压型钢板的制作，0.4到1毫米为其厚度。严格遵循《冷弯薄壁型钢结构技术规程》相关要求计算、构造压型钢板。

二、门式刚架轻型房屋钢结构基础施工技术应用

1、施工准备

交验完工基础是工程建设的重点，应对预埋地脚螺栓相关内容重点复核检查，如轴线位置、中心标高与预埋长度等。并将十字轴线在基础上弹出，支承面、支座与地脚螺栓位置等的误差需控制在允许范围内。同时钢柱脚下方支承构造需与施工规定相符，在钢板填垫中，要求每次控制在3块以下，如有空隙存在于钢柱脚底板面和基础间，需浇筑细石混凝土，确保其密实度符合施工要求。

检查与核对现场构件、配件质量，要求图纸、装箱单、实物具有一致性。复核完成后，如构件存有损坏，需做好修复工作，确保安装工作的科学性、合理性。

2、构件就位

选取加长平板运输车（5吨）向安装位置运送立柱、梁等构件，按照构件刚度在吊装过程中做好防变形措施。

3、吊装结构

（1）吊装起重。质量、安全与速度快为安装工作的要求，为确保施工质量，应按照工程施工情况合理选择吊装设备。通常选取23米臂长的16吨汽车进行吊装施工。

（2）安装高强度螺栓。调整好结构构件中心位置后，可及时安装高强度螺栓，以便于施工为主选取其穿入方向，要求其方向具有一致性。高强度螺栓与副组装连接时，螺母有圆台面的一边需朝向垫圈倒角一边。高强度螺栓安装过程中，禁止向螺栓强行穿入。如无法自由穿入，可选取铰刀对此孔进行修整，完成修整的孔径，相比螺栓直径需多出20%以上。为避免板缝内落入铁屑，孔洞修整时，4周螺栓需在铰孔前全部固定，扩孔时则禁止使用气割。固定螺栓通常分为2次，初次固定时，螺栓预拉力需控制在1/2左右，二次固定拧紧时必须达到预拉力标准值。

4、墙板施工

首先，墙板就位。先拆箱，再向安装地点运输各个部位的墙板，遵循一定顺序由上向下合理放置。

其次，打眼。根据檩条高低顺序在叠放好的墙板上打孔，应确保其尺寸等同于墙面檩条位置。指派施工技术人员进行检查，引眼过程中需对打孔距离加以重视，确保整个螺钉能够均匀分布。为体现墙面整体美观性，可在同一直线上钉钉子，板底需水平放置，测量时可选取水平仪等相关设备，随后将底线弹出，以此便于安装。同时，通过木方支撑全部檩条，确保其具有良好垂直性。

再次，墙板安装。墙板安装过程中，可在泛水位置放置一块木片，厚度为3毫米，固定样板后在将木片撤除，这样能够充分体现安装墙板的美观性。每进行5块板安装后，需利用垂线、经纬仪进行测量，避免墙体歪斜或锯齿形出现于下口位置。

最后，门窗框施工。以屋架窗框作为安装门窗框的标准，按照窗框高度、宽度切割墙板，同时应对现有垂直度与水平位置加以重视，门窗框泛水上下接口安装时，缝隙允许宽度为1毫米，防水处理时通常选取密胶施工。作为整个建筑外观的主要构成部分，阴阳角泛水安装时严禁弯据问题，需做好接头处理工作，安装阴阳角泛水是否合理直接影响着工程建设的整体性。

5、顶板施工

完成外墙板施工后，可进行外顶板施工。首先进行保温层铺设，选取订书钉对保温层纵向联接加以固定，拉直、拉紧作业需在屋面进行。如保温棉损坏需立即补贴，一般可选取单面胶带等材料。随后进行第一块顶板铺设，按照图纸需求，在屋面板上固定待邮防水垫圈的自攻螺钉。施工中檐口位置需拉钢锁绳，以此确保屋面檐口出口的统一性。每进行5块板安装需进行一次测量，工具为卷尺，以此保证板具有相同宽度。施工完成后，需将屋面杂物清理干净，避免对屋面面板面层造成严重损伤。屋面板安装施工顺序如图所示。

图1 屋面板安装施工顺序

三、结束语

综上所述，伴随社会主义市场经济发展速度的不断提升，我国建筑工程事业也得到了极大的发展。为有效解决施工问题，满足工程建设要求。必须重视结构选择及施工方式的应用。在确保门式刚架轻型房屋钢结构基础设计合理的前提下，可通过规范施工流程，提升施工技术应用水平，实现工程建设的社会效益与经济效益。

参考文献

[1]马人乐，柳胜华，姚金满.门式刚架轻型钢结构工业厂房柱脚抗剪试验研究与理论分析[J].建筑结构学报.2004（02）

[2]郭彦林，刘涛，张婀娜，王高宁，马智刚，张晓燕，刘炯.天津泰达市民文化广场玻璃幕墙及钢结构设计与研究[A].2004年全国建筑钢结构行业大会论文集[C].2004

[3]郭彦林，王小安，张庆林，姜子钦.波浪腹板门式刚架轻型房屋钢结构设计理论及应用[J].建筑结构.2011（04）

[4]王元清，石永久，陈宏，张勇，李少甫.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用[J].建筑结构学报.2002（01）

[5]张和平，程海琴，罗威年.论门式刚架截面优化设计在我国的发展[J].华东交通大学学报.2002（04）

刚架拱桥的结构与施工工艺 篇3

关键词：刚架拱桥,构造组成,施工工艺

1 刚架拱桥的基本组成

刚架拱桥为钢筋混凝土拱式结构,是在双曲拱、桁架拱、肋拱和斜腿刚构等结构基础上研制发展起来的一种新型桥。其主拱圈由多片拱肋构成,肋间设横系梁联系;桥拱上建筑部分摆脱了双曲拱的立墙、腹拱等较重的拱式拱上建筑,也改变了常用的肋拱或箱形拱梁式拱上建筑仅起传力的作用。钢架拱吸取了斜腿刚构的特点,用弦杆和支撑在墩台的斜撑组成桥拱上建筑,因此比桁架拱的杆件少,形式较简单。在计算上可考虑主拱圈与拱上建筑的共同受力作用。刚架拱由拱肋(包括实腹段和拱腿段)、弦杆、斜撑及横系梁构成骨架,然后在沿桥面的骨架和横系梁形成的格构间组装预制板面板,最后铺筑桥面混凝土,形成空间承载体系。结合刚架拱的研究,在常用作桥面板的微弯板的基础上提出了可采用一种新型的桥面板——肋腋板,这种板变微弯板的单向板为双向板,板的重量减轻了,强度也更均衡,使刚架拱桥的结构更加经济合理。

2 刚架拱桥的总体布置

2.1 外形布置

刚架拱桥的合理跨径是25～70 m。当跨径小于30 m时,或弦杆配置预应力钢筋时,可不设斜撑。当跨径大于70 m时,可增加斜撑,除第一斜撑支承于桥台(墩)外,其余斜撑支承在拱腿上。

实腹段的下底缘曲线可采用二次抛物线、悬链线或圆弧线。实践上,一般采用二次抛物线。

拱腿可根据跨径的大小设计成直杆或与实腹段下底缘相配合的微曲杆,当跨径为25～40m时,可简单设计为直杆;跨径为40 m以上时,从美观考虑可设计为微曲杆件。

2.2 矢跨比

刚架拱桥的矢跨比,无须像一般拱桥那样,去追求拱轴线与拱的恒载压力线一致,但应尽量使恒载弯矩小一些,特别是采用无支架施工的刚架拱桥,应考虑拱轴线与恒载压力线尽量接近,还应结合桥位处具体情况综合考虑。矢跨比增大,有利于减小抗推刚度,对下部构造的刚度要求相应降低,因此在条件许可时,应选用较大矢跨比,以减小下部构造的工程量。由于刚架拱片横向刚度小,不能承受急流和漂流物的冲击,因此,在通航或漂流物较多的河流上建桥,应注意尽量提高拱腿标高。必要时,拱腿应予加宽或加强横向联系。

2.3 拱片数目及间距

刚架拱桥的横向拱片数应根据桥梁的宽度、跨径、设计荷载标准、施工能力等作技术经济比较后确定。

一般情况下,跨径较大时,宜采用较少的拱片数量,以取得较好的经济效果。当然,如采用预制吊装施工方法时,拱片的起吊重量会相应增大一些,并且拱片间距越大,荷载横向分布就越不均匀,甚至会影响荷载的横向传递,所以拱片净距不宜超过3.5 m。对于双车道公路桥,跨径在25～70 m时,可用3～4个拱片,拱片宽度一般为0.2～0.4m,间距约2～3.5 m。

2.4 节点位置的确定

节点位置应根据结构的受力状况及桥梁外形美观来确定,大节点位置根据跨中实腹段主梁长度和主拱拱腿的斜度确定。一般情况下,主梁长度为2/5～2/3桥跨径长度,主拱腿水平夹角在30°左右,当跨径和矢跨比确定后,主节点位置也能大致确定,一般在跨径长度的1/4～1/3处附近,小节点位置则与大节点位置和腹孔段边梁跨度大小有关,对于只有一根斜撑的拱片,一般可以将小节点布置在弦杆中点附近,以改善弦杆的受力性能。

2.5 刚架拱各杆件截面形状的选用

刚架拱的杆件截面一般采用矩形、工字形、箱形等。当跨径较大,拱腿的轴压力亦大,拱腿可采用变宽截面,一般从高拱腿第一或第二横系梁开始往拱腿逐渐加宽。采用这样的构造,能减小拱腿支承压应力,比增加拱腿高度的效果要好得多,而且还能增加拱片的横向刚度。此外,也可把拱腿的混凝土标号提高一级。

2.6 桥面系

桥面系由预制钢筋混凝土桥面板及现浇混凝土桥面组成,拱片间桥面板采用肋腋板或微弯板,边肋外侧用悬臂板。

肋腋板是双向板,它支承在拱片及横隔板上,在结构上充分利用薄膜效应,因而混凝土用量少,重量较轻,采用较广。微弯板安装在两拱片间的实腹段和弦杆上缘,与大面积的现浇混凝土形成桥面系承受外荷载。

3 刚架拱桥施工工艺

刚架拱桥施工包括构件预制、起吊、运输、安装等工艺。现对一般情况下施工过程中几个主要的施工工艺进行介绍。

3.1 构件预制

拱片预制可采用卧浇且在竖向三片叠浇的方法,以节省预制场地,减少模板放样的工作量,并保证连接横系梁的预埋铁件位置正确和避免放样差错。模板采用木制包白铁皮模板,方便加工。

3.1.1 构件预制场地

构件的预制在固定的混凝土预制场内进行。场地的铺筑程序为:清除障碍物→粗整平→压实→测量并找平→铺片石→浇混凝土面层。采用C15混凝土,厚度为6 cm石砌地膜浇低标号混凝土,保证底模的强度和平整度。

3.1.2 拱片放样

采用坐标法放样,先放跨径尺寸,再分段放出纵横坐标,将坐标点连接到拱片下缘线。根据设计尺寸定出拱片、斜撑、弦杆轴线,画出构件轮廓线及交角圆弧线,定出各吊点位置、横系梁联结点位置及大小结点位置。放样后,由总工校核,监理工程师验收合格。

3.1.3 拱片模板

拱片为条弧形预制件,为制作方便、降低造价,可采用红松板材制作,用厚度为0.3 mm的优质铁皮覆包表面,这样既能达到钢模板的效果,又能进行现场加工,可缩短制作时间。

3.1.4 钢筋骨架制作与就位

钢筋骨架采用分部成型、整体入模的方法,采取先放置钢筋骨架,然后现场焊接接头和安装固定横向联结系预埋件,焊好现浇混凝土接头处钢筋,校核无误后立模。施工时,将拱腿、斜撑、弦杆提前加工成型,实腹段现场扎制,接头钢板提前加工,这样既方便施工又保证了骨架成型的质量。

3.1.5 立模

把模板沿放样线拼装成整体,调整好板垂直度、直顺度,底部、上部用螺栓加固。接头缝用1 cm厚的海绵条填塞,底模铺一层塑料薄膜。模板表面涂刷脱模剂。待第一片强度达到设计强度30%以上时,叠浇第二片、第三片。立模时,先做一层厚度为2 cm的水泥掺黏土砂浆隔离层,然后加固模板,确保立模不变形,尺寸准确。浇混凝土前,应对模板尺寸、钢筋尺寸、位置、焊接长度、预埋件数量、位置等做全面检查,无误后进入下一道工序。

3.1.6 浇筑混凝土

严格按设计配合比配料、拌制。拌制时,严格控制配合比及拌制时间,随时检查混凝土坍落度、和易性。浇筑时,每一预制段必须一次浇完,不留施工缝。混凝土的振捣,采用插入式振动器,要控制振动时间,使混凝土表面达到不冒气泡、下沉、表面返浆平整的要求。预制每个构件时,随机取样做3组混凝土试块,分别做3d、7 d、28 d抗压强度试验。混凝土达到设计强度25%后即可拆模。

3.1.7 微弯板悬臂板预制

为了节省木材,采用土模,表层必须做厚度为6 cm石灰土,并夯实。加强土模覆盖,以免经雨变形。横系梁的预制采用在浇筑地膜上,立木制包白铁皮的侧模板浇筑的方法。可在大件预制的同时进行。

3.1.8 设置槽孔

为保证裸肋与桥面整体承受活载,在实腹段及腹孔弦杆截面的凸出部分,除应凿毛外,还需设置侧向齿槽或槽孔。槽孔的制作是在卧浇预制混凝土的构件时,在肋顶凸出部分紧靠上缘钢筋处,插入一块底面积为10 mm×20 mm的木块,于混凝土初凝前拔除成孔。同时,在槽孔顶部留溢浆孔。每个槽孔中插入2根Φ8～10 mm的钢筋,长度为70 cm,以便与桥面钢筋连接作为锚固筋。

3.2 构件的起吊

为使构件接头位置准确,起模前要将构件编号并复核尺寸,待构件混凝土强度达到设计强度的70%时,方可起吊。所有构件除实腹段应空中翻身外,其余构件均可直接翻身就位,其起吊翻身须仔细小心,以免损坏构件。因此,利沟大桥所有预制构件起吊的重点是实腹段。因为实腹段内弧是二次抛物线,且为卧叠浇制,如果起吊不慎,会因弯矩不等造成断裂或裂缝。实腹段起吊过程为:将叠放的构件用撬棍多点微微撬动,同时预备2～3根撬棍待起吊时再辅以撬动;然后,用2台吊车,分别拴住构件两端上、下缘吊环(拴下缘吊环必须用倒链),2台吊车同时轻、慢提升,撬棍与之配合轻撬动(构件一端撬起的高度要控制在2 cm之内),边撬边垫同一直径8mm的短钢筋,当4点同时上升,上缘稍有移动时,再用20mm的短钢筋逐步深入,待与底部完全脱离,上部缓慢上升,下部倒链回放,使拴下缘吊链逐渐放长,构件逐渐立起,直至构件完全成垂直状,将倒链取下,构件翻身完成。

实腹段起吊时应注意:起吊过程必须严格控制,决不能使实腹段下缘两端点着地,造成跨中弯矩过大,而使构件发生裂缝甚至断裂。同时,要注意让2台吊车同时均匀、缓慢提升,保证两端升空高度一致,下缘回放迅速。

3.3 构件的运输

所有构件运输,应根据构件重量采用10～20t挂车,采用部队退役炮车最为理想。

构件翻身完成并起吊到一定高度,将预备好的拖车开入场地,使构件轻轻下放,构件两端吊环处放枕木,使构件两端不接触车厢为宜,然后用倒链将构件捆牢,以免在运输中倾斜或歪倒。

吊装前修好预制场到桥位的便道,运输过程应配专人指挥运输车行驶,确保行车及构件的安全。

3.4 构件的安装

构件的安装包括临时支架的搭拆和构件的安装,还有构件拼接接头施工和桥面系施工,这些技术都比较成熟,本文不再详述。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2]裘伯永,盛兴旺,乔建东,等.桥梁工程[M].北京:中国铁道出版社,2001.

刚架结构 篇4

门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，

按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡，

屋面坡度宜取1/20~1/8。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则”，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。

门式刚架的柱脚多按铰接设计，当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。

绍兴袍江荷湖刚架拱桥加固方法 篇5

关键词：刚架 拱桥 加固 方法

0 引言

绍兴袍江荷湖刚架拱桥建于1983年，为单孔跨径L0=40m的刚架拱桥，3片拱肋腿部插入拱座未做固结。桥宽为6m+2×0.2m，设计荷载为汽车—15级。矢跨比为1/8.5。

肋间横向搁置预制微弯板，其上现浇混凝土。

1 病害情况与原因

1.1 主要病害 ①微弯板：混凝土开裂较多，甚至碎落。②拱肋：在跨中下缘附近，有多处混凝土剥落、露筋、开裂。③横梁：主要在近拱脚处有混凝土剥落、露筋。④栏杆：损坏严重。

1.2 病害原因分析 ①超载车辆行驶频繁，超过桥梁设计荷载。②施工时“三材”紧缺，各构件混凝土标号较低，配筋较少，构件单薄。③局部设计不合理。④使用时间已达20余年，缺少维护。

2 设计计算分析

2.1 计算方法 参阅桥梁竣工图,本桥主拱腿仅插入拱座,未予固结,属于铰接。计算程序采用平面杆系结构有限单元法拱桥专用计算程序。①对称荷载作用同单拱，计算内容包括恒载、温度、位移产生的各截面内力。②非对称荷载作用，包括汽车、挂车等荷载，先计算各截面内力，然后对不平衡水平力，按变形协调原理进行分配，并求得各截面的单拱内力，即为所求。

2.2 计算说明 ①恒载:除原恒载外,计入桥面拓宽部分原石、栏杆、横梁铺装等增加的恒载。②活载：两列汽车—20级或单列—100。③温度：安装时平均温度取10℃，当地最高气温为40℃，最低气温为—5℃，故按升温30℃，降温15℃考虑。④位移：拱脚水平位移，每个桥台为0.5cm。⑤横向分布：活载偏载影响，汽车—20级计入冲击系数后，横向分布系数为0.705，挂车—100横向分布系数为0.34。⑥内力组合及配筋计算：按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的规定采用。

2.3 计算内容 先计算各节点的截面积、惯性矩、杆长、转角作为单元基本数据。再计算各截面在不同荷载与温度、位移分别作用下的内力。

2.4 截面加固设计对照原竣工图，截面下缘配筋跨中14m长度范围，下缘加厚12cm，两侧各加厚6cm，截面增加配筋，增加数量为8φ25，在上弦杆接近大结点段的6m长度一段，在下缘加厚12cm，两侧各加厚6cm，增加配筋为4φ25，加上原配筋可满足受力要求。

3施工程序

跨中段拱肋上弦杆下缘的加固，是一项较为复杂的工作，常规的做法是在河床上布置满堂支架。这样，不仅支架多，而且常常由于支架下沉或被船只碰撞而变形，导致拱肋向下变位，影响工程质量。本工程利用原有构件作为支架，进行构件下缘的加固。具体做法如下。①拆除栏杆、缘石、桥面铺装层、悬臂板、微弯板及其上现浇混凝土层，上部结构仅保留主拱腿、实腹段、上弦杆与横梁。②安装支架与立模：在拱肋跨中段与上弦杆斜杆顶点大结点段，利用原有构件顶面支撑，安装支架与立模。③预制微弯板、栏杆、栏柱等。④拱肋与上弦杆加固：布筋、现浇混凝土。⑤悬臂板与缘石立模、布筋、浇注，同时进行微弯板安装。⑥现浇增设横梁与桥面铺装层。⑦安装栏杆。⑧修补裂缝。

4施工要点

4.1下缘加固原拱肋凿毛、去渣、清洗、凿孔。清渣、清洗要认真，立模现浇混凝土前对凿毛部分要洒水湿润，最好使用商品混凝土。商品混凝土不仅质量有保证，而且易流动，施工较易密实，对加固小范围浇灌混凝土特别有利。浇注时须用平板振捣器振实，否则易出现混凝土不密实，甚至有蜂窝、麻面、空洞现象，直接影响构件质量。

4.2裂缝修补将裂缝凿成“V”形槽并清洗，露筋处除锈后，涂抹YT—302加面剂。本工程采用的加面剂，为具有较强粘结力与抗渗性能的涂抹材料，分甲、乙两组分别盛在两个器具中，按甲：乙：水泥=1:3:4的配比，调成稀浆，用毛刷将胶浆涂抹于露筋及表面。水泥为无粗粒的42.5（R）水泥，使用前应过筛。

4.3横梁原有横梁厚度不仅薄而且又是空心，横梁太单薄是导致重车过桥晃动的主要原因，加固时，保留了原有横梁，每孔主拱腿上增设8道，斜杆上增设4道。横梁设置处布筋，现浇混凝土。以往，采用预制安装，现浇接头，在使用中接头处易开裂、脱开。横梁两侧竖向为拱肋长边，应垂直于拱肋长边。

5结语

门式刚架结构设计探讨 篇6

1 钢结构设计简单步骤和思路

1.1 确定钢结构的适用性

钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、要求能活动或经常装拆的结构,直观而言,如大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。

1.2 结构选型与结构布置

结构选型及布置是对结构的定性,由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工程师指导下进行。在钢结构设计的整个过程中都应该强调的是“概念设计”,它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题,可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。在早期,迅速、有效地进行构思、比较与选择,所得结构方案往往易于手算、力学行为清晰、定性正确,并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

2 门式刚架设计

门式轻钢,多用于生产车间、仓库、厂房钢结构。设计时,首先要确定规范的采用,不能一概而论所有门式结构就都是轻钢。一些大吨位吊车、格构柱等的门式结构为重(普)钢结构,需按《钢结构设计规范》来采用。常见门式钢架厂房结构(见图2):四连跨,单跨人字坡24 m,无吊车,铰接柱脚。

门式钢架厂房结构体系的构成主要为主结构、次结构、围护结构、其他附属结构。

门式刚架结构设计,一般采用PKPM门式刚架二维设计或3D3S轻型门式刚架设计模块。在PKPM门式刚架设计中,界面有门式刚架设计模块73D3S界面和轻型门式刚架设计模块3D3S界面。

设计主刚架部分时,要考虑承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力是指强度满足要求、整体稳定、局部稳定(计算时按设计值计算);正常使用是指位移、挠度在许可范围内(计算时按标准值计算)。

刚架设计主要依靠软件来完成,需要注意的几个小方面:(1)屋面坡度变化率的限值;(2)楔形构件的截面高度变化率;(3)构件截面的自身构造要求;(4)梁分段点的选择;(5)不同功能构件的挠度或位移的限值要求的不同;(6)构件计算长度的取值;(7)构件单元的释放;(8)柱计算长度系数的计算方法(有、无侧移);(9)吊车荷载的输入;(10)地震效应参数的输入;(11)荷载分项系数及组合的选用;(12)荷载的正确取值等。

2.1 主结构设计

横向主钢架是结构中最主要的部分,也是主受力部分,在门式刚架中为平面结构,面外稳定需要依靠其他系统来辅助达成,在设计时,要充分考虑到钢架的面外稳定问题。刚架主要包括实腹钢梁、钢柱,在轻钢中多用楔形截面,有效利用构件截面特性。

主刚架支撑系统在整个结构体系中的用钢量并不大,但却是非常重要的。对比主钢架来说,虽然其重要程度不如主钢架,但是因现在的设计均为计算机辅助设计,主钢架的计算可以利用设计软件非常准确的计算求得。但支撑系统的布置,截面选择等却需要有一定的人为因素参与,所以其显得更为重要,并且支撑系统承担着整个结构纵向传力及整体稳定的重要任务。今后在其他结构体系特别是空间结构设计中,在选型的最前期,就该有整个体系的稳定概念,这样才能从大方向上把握住整个结构的安全性和选型的合理性。门式刚架支撑系统包含屋面横向支撑、柱间支撑、系杆等,注意在屋脊及柱顶位置的系杆一般均需通长设置。门式刚架支撑系统见图3。

2.2 次结构设计

次结构指的是屋面檩条支撑系统和吊车系统。主要包括吊车梁(桁架),制动系统、辅助系统、支撑系统等,其自身系统相对来说比较独立,但也需和其他结构有效配合才能形成安全、稳定的结构体系。托梁仅在抽柱的情况下出现,计算时可利用托梁的弹性刚度作为抽柱榀的弹性支座(仅指竖向),把该位置支座反力传递至两相邻刚架,同时水平力靠与屋面纵向支撑系统传递给相邻榀(一般情况下屋面系统仅设置横向支撑)。主要采用冷弯薄壁型钢,一般有C型檩条、Z型檩条,其他当跨度较大时也会采用大通H型钢及方管、桁架式等,其布置方式有简支梁、连续梁两种,主要用途是作为屋面围护结构(屋面板)的支承结构,并和隅撑配合组成屋面梁的面外支承点。檩条按其跨度应根据规范要求设置拉条,多采用C型、Z型冷弯薄壁型钢,或者大通H型钢、方管等。

2.3 围护结构

门式刚架围护结构指的是屋面板、山墙抗风柱布置。

一般采用建筑用压型钢板,考虑排水问题,一般选用高波板。建筑用压型钢板的基材采用冷轧薄钢板作为原板,在原板表面做热镀锌镀层,或者热镀铝锌镀层,形成基板,即镀层板,在镀层板表面涂覆有机涂料,形成涂层板。涂层板经辊压冷弯,沿板宽方向形成波形截面的成型钢板即为压型彩钢板。其与屋面檩条的连接方式一般有打钉连接,其他固定件连接等。一般大型屋面还有采光要求。屋面板5墙面板墙面也是采用建筑用压型钢板,一般选用低波板,连接形式主要采用打钉连接。

门窗、其他结构布置如下:女儿墙气楼雨棚爬梯基础墙面板通风、采光、通行之用。常用的有铝合金窗及塑钢窗(厂房),卷闸门(电动、非电动)、推拉门及平开门等。为保证结构外形美观,将墙体升高,使四周平齐整洁,为了实现厂房内部通风换气的需要,一般做在屋脊位置,也有其他做法和布置方式,一些还兼有采光功能。设计时要根据结构实际受力情况分析基础和钢结构的经济性指标。例如上部结构采用柱脚刚接,可有效节约一部分钢材用量,但基础会增加更多资金投入;上部采用铰接,虽基础变小,但上部会相应增加一部分用钢量。所以在选择结构柱脚方式的时候,首先要根据结构自身受力特点来确定,其次也要考虑整体的经济性指标,做到结构合理且经济。

3 门式轻钢刚架常见设计问题及措施

梁、柱拼接节点一般按刚接节点计算,但往往由于端部封板较簿而导致与计算有较大出入,故应严格控制封板厚,以保证端板有足够刚度。梁柱刚接节点如图4所示。有的设计斜梁与柱按刚接计算而实际工程则把钢柱省去,把斜梁支承在钢筋混凝土柱或砖柱上,造成工程事故,设计时应注意把节点构造表达清楚,节点构造一定要与计算相符。多跨门式刚架中柱按摇摆柱设计,而实际工程却把中柱和斜梁焊死致使计算简图与实际构造不符,造成工程事故。檩条设计常忽略在风吸力作用下的稳定,导致在大风吸力作用下很容易失稳破坏,设计时应注意验算檩条截面在风吸力作用下是否满足要求。有的工程在门式刚架斜梁拼接时,把翼缘和腹板的拼接接头放在同一截面上,造成工程隐患,设计拼接接头时翼缘接头和腹板接头一定要错开。有的单位檩条设计时只简单要求镀锌,没有提出镀锌方法镀锌量,故施工单位用电镀,造成工程尚未完成,檩条已生锈,设计时要提出宜采用热镀锌带钢压制而成的翼缘,并提出镀锌量要求。隅撑的位置和檩条(或墙梁)和拉条的设置是保证整体稳定的重要措施,有的工程设计把它们取消,可能造成工程隐患。如果因特殊原因不能设隅撑时,应采取有效的可靠措施保证梁柱翼缘不出现屈曲。

柱脚底板下如采用剪力键,或有空隙,在安装完成时,一定要用灌浆料填实,注意底板设计时一定要有灌浆孔。柱脚连接如图5所示。檩条和屋面金属板要根据支承条件和荷载情况进行选用,不应任意减薄檩条和屋面板的厚度。为节省檩条和墙梁而采取连续构件,但其塔接长度不少单位没有经过试验确定,而塔接长度和连接难于满足连续梁的条件。在设计时,要强调若采用连续的檩条和墙梁,其塔接长度要经试验确定,还应注意在温度变化和支座不均匀沉降下可能出现的隐患。不少单位为了省钢材和省人工,将檩条和墙梁用钢板支托的侧向肋取消,这将影响檩条的抗扭刚度和墙梁受力的可靠性。设计时应在图纸标明支座的具体做法,总说明应强调施工单位不得任意更改。门式刚架斜梁和钢柱的翼缘板或腹板可以变厚度,但有的单位翼缘板由20 mm突然变成8 mm,相邻板突变对受力很不利,设计时应逐步变薄,一般以2 mm至4 mm板厚的级差变化为宜。

有的工程建在8度地震区,可是其柱间支撑仍用直径不大的圆钢,建议在8度地震区的工程,柱间支撑应进行计算,一般采用角钢断面为宜。有的工程,不管门式刚架跨度多大,柱脚螺栓均按最小直径M20选用,造成工程事故。锚栓应按最不利的工况进行计算,并应考虑与柱脚的刚度相称,还要考虑相关的不利因素影响。一般当刚架跨度:小于等于18 m采用2个M24;小于等于27 m采用4个M24;大于等于30 m采用4个M30。

4 结 语

门式刚架是一种重要的结构形式,其设计的成功与否,直接关系到建筑的安全和使用。文章通过简要陈述,介绍了其在设计中需要注意的问题及一些处理方法,使结构设计更加合理。

参考文献

[1]CECS102:2002,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

[2]GB50017—2003,钢结构设计规范[S].

[3]JGJ81—91,建筑钢结构焊接规程[S].

[4]GB3323,钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级[S].

[5]JB1152,钢制压力容器对接焊缝超声波探伤[S].

抽柱门式刚架结构分析设计 篇7

门式刚架是建筑钢结构中应用最广泛的类型之一, 随着我国工业化的发展, 大开间、大柱距钢结构厂房越来越多, 解决的方案也有多种, 如网架、桁架、抽柱门式刚架等, 各有优缺点及使用的范围。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS102:2002) [1] (以下简称《门刚规程》) 对抽柱门式刚架的设计没有单独说明, 本文探讨下抽柱门式刚架的结构分析设计。

2 抽柱门式刚架与普通门式刚架的区别

《门刚规程》第4.3.2条规定:在多跨刚架局部抽掉中间柱或边柱处, 可布置托梁和托架。典型的抽柱门式刚架和标准门式刚架如图1所示。

2.1 变形及刚度区别

抽柱门刚相对标准门刚少了部分柱子, 而在对应部位设置了托梁和托架, 抽柱门刚平面内的侧向刚度和竖向刚度均较标准门刚偏小, 相应抽柱门刚的位移比较大。但是两者均同属门刚, 都应满足《门刚规程》对刚架柱顶位移和受弯构件挠度限值的规定, 为了使各榀门刚刚度相差不大, 抽柱门刚的各个钢柱和横梁尺寸均应相应加大以满足应力与应变的要求, 这也符合《门刚规程》第4.2.2条之说明, 同时建议此种情况下, 抽柱榀以及标准榀门刚少设置或不设置中间摇摆柱, 因为摇摆柱不提供任何侧向刚度。

2.2 荷载分配区别

门式刚架荷载一般包含自重、施工或检修集中荷载, 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载、地震作用等。门式刚架按平面结构分析内力, 各榀门刚承担所属面积范围内的荷载。对标准榀的边柱, 其受风面积按相邻柱间距的一半取值, 若抽柱榀相应位置边柱被抽除, 这部分面积风荷载应加到标准榀的边柱上去, 同时标准榀的边柱增加承受托梁或托架传递的抽柱榀荷载;对标准榀的中间柱, 若抽柱榀相应位置中间柱被抽除, 标准榀的中间柱增加承受托梁或托架传递的抽柱榀荷载。

3 抽柱门刚设计过程

门式刚架的设计应要控制构件的强度计算、稳定计算、位移计算, 设计时先计算标准榀门刚, 然后参照标准榀门刚设计出抽柱榀门刚。

3.1 托梁或托架的计算

抽柱榀刚架在抽柱的位置布置托梁和托架, 原先传递给柱的力因为柱的缺失改为传递到托梁、托架上, 首先求出抽柱榀刚架传递给托梁或托架的力, 然后根据《门刚规程》第3.4.2条规定的变形限制来确定一个抽柱处的竖向位移和水平位移, 此位移可以参考标准榀的位移。由力和位移求出所需要托梁和托架刚度, 再根据托梁托架跨度和型式, 利用静力公式和结构软件反算出托梁托架的截面。抽柱榀刚架竖向位移控制:一般情况下标准榀因为柱的存在, 竖向位移几乎很小, 托架一般竖向刚度大, 位移也较小, 但托梁跨度大时竖向位移很难达到要求, 可以在满足稳定和应力的条件下使托梁适当起拱解决;抽柱榀刚架水平位移控制:由于托梁一般为实腹式H钢梁, 托架一般是平面桁架, H钢托梁在弱轴方向提供的水平刚度很小, 托架在平面外提供的水平刚度几乎为零, 因此有些时候也要采用箱型钢拖梁和空间钢托架, 另外一种控制水平位移的方法是加大抽柱榀剩余柱的截面。

3.2 整体变形的协调

从以上分析可知, 托梁、托架由于自身的刚度限制, 导致抽柱榀刚架比标准榀刚架侧向刚度小, 两者会产生侧移差异, 一般为了平衡这种差异, 通常采取在托梁、托架处增设屋面纵向支撑来实现。但由此会产生这样一种后果, 抽柱榀门刚的水平力会传递一部分到标准榀门刚上去, 使得标准榀门刚的柱子偏于不安全, 其实当屋面板刚度较好时, 即使不设置纵向支撑, 也会产生这种效果。因此, 在设置纵向支撑和屋面刚度较好的时候, 水平力按抽柱榀和标准榀的抗侧刚度来分配, 但是实际设计时抽柱门刚的型式过于复杂, 有些抽边柱, 有些抽中柱, 有些中柱是摇摆柱, 有些中柱又是刚接的, 所以建议遇此情况时, 比较规则的结构可以按刚度分配计算, 复杂时利用空间分析软件整体计算分析, 不然可适当增加结构的安全储备。

4 抽柱门刚的构造

门式刚架为平面结构, 每榀刚架要通过系杆和支撑来连接, 抽柱门刚由于刚度偏弱, 也需要一些加强构造来保证建筑的整体性。

4.1 托梁或托架的构造

托梁、托架一般两端与标准榀钢柱铰接, 支承托梁、托架的标准榀钢柱不宜设置为摇摆柱。托梁、托架与屋面钢梁连接可分为平接或叠接, 有时在中间柱列处, 门刚高低跨搭接时, 也可能叠接、平接同时存在。叠接时托梁、托架与屋面钢梁铰接, 屋面钢梁连续, 屋面钢梁对托梁、托架产生的扭矩小, 此扭矩可通过设置托梁、托架隅撑予以解决。平接时屋面钢梁在托梁腹板, 托架直腹杆对接, 此时两侧屋面钢梁可能会对托梁、托架产生较大的不平衡扭矩, 进而影响托梁、托架的平面外稳定。

4.2 支撑的设置

门式刚架纵向刚度可藉由柱间支撑、水平支撑、系杆、檩条、墙梁、隅撑来保证, 其中坚力量为柱间支撑, 抽柱门刚因为需要大的建筑空间, 不好设置柱间支撑, 《门刚规程》第4.5.6条规定:不容许设置柱间支撑时, 可设置纵向刚架。托梁、托架与柱子可以组成纵向刚架, 同时该位置设置屋面纵向水平支撑, 系杆。纵向水平支撑不仅加强整体刚度, 而且还有一个十分重要的作用就是保证托梁托架平面外的稳定[2]。

5 结语

抽柱门式刚架, 除了要满足规程基本刚度要求外, 还要注意各榀抗侧力单元的侧移刚度差异及厂房的纵向侧移刚度, 必要时通过增大较弱部分的侧移刚度和设置纵向刚架解决, 也可以通过合理设计支撑系统来调整, 而不是仅局限于计算满足设计要求。

摘要：结合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》对抽柱门式刚架进行分析, 提出抽柱门式刚架的设计方法和构造措施, 为类似工程提供经验和参考。

关键词：抽柱门式刚架,托梁和托架,侧移刚度

参考文献

[1]CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

门式刚架轻钢结构设计方案 篇8

关键词：门式刚架,刚接,刚度

1 结构型式选取

1)门式刚架轻钢房屋的主要优点

轻钢结构较之传统的结构形式其优点很多,主要体现在其用钢量低、造价低、安装容易、施工周期短、投资回收快、施工污染环境少、抗震性能好、可回收利用等方面的综合优势。

2)合理控制用钢量以降低造价

在结构型式选取阶段,往往要估算用钢量以进行技术经济比较。根据同济大学总结的设计经验,对于单层仓库或厂房跨度不超过30 m时其承重结构用钢量为10～30 kg/m2。如何减少用钢量可从以下几方面考虑:

(1)截面:根据工字形截面的受力特点,在条件允许的情况下尽量做得高而薄,可降低用钢量。根据内力分布,梁柱截面宜采用腹板高度变化的楔形截面(无桥式吊车的情况)。还可考虑改变梁柱翼缘宽度或厚度,但这样做的缺点是增加施工的难度,一般较少采用。

(2)荷载:门式刚架自重轻,抗震作用不起控制作用,但对竖向荷载及风荷载较敏感。在设计中对于竖向荷载要逐项细算。至于风管、喷淋等较大荷载则应尽可能根据实际荷载作用点进行计算,否则用钢量会增长很快。

(3)合理的跨度:对于跨度大的房屋(如大于30 m)如果工艺及使用条件允许,可考虑增设摇摆柱。两端铰接的摇摆柱如按轴心受压构件设计,其截面尺寸很小。选取门式刚架结构时应注意的问题:

a)防火问题:门式刚架主体结构可采用包混凝土或刷防火涂料以达到现行防火规范的要求。

b)耐久性问题:轻钢结构的刚架、檩条等可以通过采用定期刷防锈涂料等措施防锈。

2 门式刚架结构设计方案选取

1)门式刚架适用条件

门式刚架的跨度一般不大于36 m。目前国内已有一些工程突破40 m,尤其在机库、粮库等项目中有5例已达到60～70 m跨度,但其用钢量较大,一般为45～70 kg/m2。

门式刚架的间距一般为6～9 m,最大可采用12 m,但间距过大会使墙梁过大同时造成施工安装困难,因此常用间距为6～7.5 m。

当抗震设防烈度不高于6度时,外墙可采用砖砌体;当为7度、8度时,外墙不宜采用嵌砌砌体;当为9度时外墙宜采用与柱柔性连接的轻质墙板。如突破这些要求应注意在构造上采取措施。

门式刚架上可设置起重量不大于3 t的悬挂起重机和起重量不大于20 t的轻、中级工作制桥式吊车。

2)门式刚架结构的选取

门式刚架的柱脚一般按铰接支承设计,梁、柱截面形式为变高度的楔形构件。当用于工业厂房且有桥式吊车时,宜将柱脚设计成刚接,柱采用等截面构件。

中间柱与梁的连接目前多采用铰接处理。这样做构造简单,当跨中反弯矩不太大时可以采用。对于跨中反弯矩较大的情况则宜采用刚接处理。采取端板连接形式,将端板平放与梁的下翼缘连接,这样受力合理,也便于加工安装。当水平荷载较大时,采用中间柱与梁刚接还可增强刚架的侧移刚度。

门式刚架局部常设置夹层或是平台。平台柱与基础可刚接,也可铰接;平台主梁与柱可刚接,也可铰接;平台梁与门式刚架柱一般采用铰接。平台节点具体选取何种形式应根据具体工程的荷载、跨度、施工能力等情况进行综合考虑。

3)支撑体系及整体刚度要求

轻钢结构的自重很轻,一般情况下抗震不起控制作用。但须对结构的构造和支撑体系加以注意,应能形成空间稳定体系,以防止整个结构的倒塌。同时由于结构比较柔,为了防止结构变形过大或发生振动,还应十分重视屋面板和墙面板及檩条的构造连接,使它们都能参与结构整体工作,有效地增加结构刚度。

轻钢结构要高度重视支撑体系的设计,支撑布置的基本原则是要能独立构成空间稳定结构的支撑体系。同时应按《轻钢规程》的要求在柱顶和屋脊等刚架转折处设计刚性系杆。刚性系杆可为钢管、H形钢等,也可用檩条或墙梁。

4)刚架材料选用

因为Q235A或Q345A钢的含碳量不能保证符合焊接要求,故国家《轻钢规程》明确规定不宜采用。那么门式刚架的材料采用Q235B还是Q345B呢?这应根据施工季节、供货情况、价格、用钢量等情况综合考虑。有吊车且条件允许的门式刚架可采用Q345B制作;但对于无吊车的门式刚架往往由变形控制,如采用Q345则强度不能充分发挥,因此采用Q235较合理。

3 门式刚架结构节点设计方案选取

1)柱脚节点

柱脚节点要与计算简图相一致。对铰接柱脚如柱截面较小、荷载较小,可仅采用一对锚栓的铰接柱脚,否则可采用两对锚栓的柱脚。刚接柱脚可采用带加劲肋的刚接柱脚和带靴梁的刚接柱脚,但后者较少采用。柱脚计算方法可参考普通钢结构的计算方法。需注意的是由于柱脚的锚栓不得用于传递柱脚底部的水平反力,此水平反力由底板与混凝土基础顶面间的摩擦力承受(摩擦系数可取0.4),当水平反力大于摩擦力时,应设置抗剪键。对于门式刚架结构由于自重较轻、水平剪力相对较大,因此一般都需设置抗剪键,在设计中要注意考虑。

2) 梁柱连接节点(端板连接)

(1)端板连接简述:

门式刚架斜梁与柱的连接为刚性连接,此处节点内力较大,是门式刚架最重要的节点之一,目前一般采用端板连接。端板连接是利用构件端部焊接端板与另一构件的端板或柱翼缘连接的节点形式。实践证明这种方式较为经济,比通常的节点连接节省材料和紧固件,现场拼装连接方便。

(2)计算假定的选取:

端板连接是一种抗弯连接,端板连接处高强度螺栓承受组合轴向力和剪力,节点板压力分布和螺栓内力分布状态取决于连接的构造、材性、所受荷载等。

(3)连接形式的选取:

门式刚架斜梁与柱的连接,可采用端板竖放、端板平放和端板斜放3种形式。

(4)注意保证节点的刚度。

因该节点是刚性连接,要求不仅能够承受刚架分析得出的内力,还应保证所连接的构件之间的夹角基本不变。否则刚度假定的计算方法即不成立。为此要注意采取以下构造措施:

a) 外伸式端板连接应尽量设置加劲肋。这样做可以使受拉翼缘两侧的螺栓受力趋于均匀,提高节点的抗弯能力,同时还可以有效减小节点板的变形,保证端板有足够的刚度。

b) 螺栓的布置应注意保证节点的刚度。截面中部螺栓间距不宜太大,目前规程允许的最大螺栓间距为400 mm,在设计时要注意遵守。

c) 明确规定节点焊缝的要求,尤其是构件翼缘与端板之间的焊缝,应采用全熔透对接焊缝,焊缝等级为一级或二级。

4 结 语

在工程设计中首先要通过比较各种结构形式的优劣来决定采用何种设计方案、何种结构型式,然后作为设计者要通过选择和比较以确定具体的结构计算方案和节点设计方案。文章根据在工程上门式刚架应用的实际情况,围绕上述设计步骤展开分析和探讨,并重点阐述门式刚架这一新型结构较之普通钢结构在设计上的特点。由于这一结构型式至今仍在迅速地发展之中,无论是理论还是工程实践都不断有大量新成果涌现,设计人员需持续关注该领域的最新发展才能使自己的设计与新的研究和工程实践保持同步。

参考文献

[1]CECS102:98,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程,中国工程建设标准化协会标准.

[2]陈绍蕃.端板螺栓连接的强度和刚度[J].钢结构,2000(1):6-11.

[3]黄凯旋,黄顺良.门式轻钢结构现状与设计探讨[J].化工设计,2000,10(6):21-25.

轻型门式刚架抽柱结构设计 篇9

1 结构选型

1.1 桁架檩条

这是一种用次结构解决大跨度问题的方案, 该系统已被广泛使用在大型超市, 物流中心, 厂房及仓库, 为业主提供了更加宽阔的操作空间。桁架檩条方案特别适合中柱纵向柱距12~18m, 边墙柱距6~9m的规则建筑, 它的用钢量是所有方案中最低的。桁架檩条的最大跨度可达18m, 其上下弦杆件均采用冷成型薄壁结构, 腹杆采用直缝电焊管, 壁厚均1.5~3mm。

桁架檩条系统的缺点是运费很高, 与斜卷边Z型檩条相比, 它不能叠放, , 运输时所占的体积较大, 且一般超长, 运费高昂, 当施工现场与加工厂距离较远时, 其经济性将大打折扣。另外, 公路运输对道路转弯半径等也有要求, 对一些途径山区的项目, 仅从运输条件来讲, 该方案就被否定了。

1.2 300高Z檩条

这也是一种用次结构解决大跨度问题的方案, 它通过增加传统Z型檩条的截面高度, 使之跨越更大的跨度。他适用的范围约10~13m跨度, 且悬挂荷载不大。

1.3 高频焊H型钢檩条

此方案用钢量大, 不经济。

1.4 纵向托梁或纵向刚架

用主结构解决大跨度问题的方案, 也是应用最多, 最普遍的一种方案。屋面梁布置及次结构系统与一般非抽柱厂房相同, 只在抽柱处用托梁将屋面梁托起。国内早期的钢结构厂房, 一般是钢屋架大型屋面板结构体系, 遇到抽柱的情况, 一般采用桁架托梁, 再加大跨度的柱间支撑。但在现在的轻型屋面系统中, 设置纵向实腹刚架 (兼托梁) 更为常见, 方案中最大的优点为可以取消中柱柱间支撑, 无论多宽的厂房, 只要设置合理的纵向刚架, 与屋面支撑系统一同组成纵向受力体系, 那么所有的中柱柱间支撑都可以取消。一般纵向刚架间距取30~50m, 屋面支撑及边柱柱间支撑用圆钢拉杆都可以满足计算要求。

另外, 当建筑物屋面的悬挂管线较多且复杂, 该方案有其优越性。举例来说, 某项目, 侧墙柱间距6m, 中柱抽柱, 柱距12m, 悬挂荷载50kg/m2, 经过侧算选择冷弯Z形檩条方案较为经济, 但在设计过程中, 工艺设备的悬挂管线陆续增加, 有些管线荷载很大很集中, 冷弯Z形檩条无法承受, 管线本身也不能跨越12m的屋面梁间距, 结构增加多条12m跨焊接工字钢梁来为悬挂管线提供吊点, 大大超出预算费用。此情况下, 纵向刚架方案反而较为经济合理, 间距6m的屋面梁为悬挂管线提供了吊点, 不必另设钢梁, 而且日后管线位置调整, 移动也有余地。

纵向托梁, 纵向刚架方案也有缺点, 耗钢量较大, 用钢量明显重于桁架檩条方案。

合捷物流纵向方案结构示意图如图1。

纵向刚架与横向刚架相交处的节点做法有两种:平接与叠接。

平接节点方案, 由于在相交处始终要保证纵向刚架梁高大于横向刚架梁高, 纵向刚架的截面高度受到限制, 不能仅按弯距包洛图来改变截面高度, 通常做成等高直梁而仅改变厚度。同时, 横向刚架在相交处必须分段拼接。这种做法厂房净较高, 比较美观, 缺点是用钢量大。

叠接做法就是在相交处横向刚架叠在纵向刚架上面, 横向刚架不必被分段拼接, 可直接通过, 纵向刚架可按弯距包络图来变高变厚, 显然, 用钢量较小, 但是对净空影响较大, 观感稍差。同时, 还要在相交出为纵向刚架下翼缘设斜撑, 提供风吸力作用下翼缘受压的平面外支撑。

下面将重点论述纵向刚架方案的几个设计问题。

1.4.1 风荷载

纵向托梁或纵向刚架在门式建筑中的应用越来越多, 但在国内规范对它的规定比较模糊, 比如《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS102:2002) 中刚架的风荷载体型系数源自美国金属房屋制造商协会MBMA《底层房屋体系手册》 (1996) , 但只是MBMA96横向风荷载下刚架的体型系数和纵向风荷载下端墙的体型系数的简单组合, 不够完整, 没有严格区分横向风荷载和纵向风荷载两套体型系数, 而后者是设计纵向刚架所必需, 这两方向的体型系数在MBMA96中差别还不大, 但在MB-MA2002中就差别很大了, 体型系数的分区就完全不同, 表1、表2是MBMA96的双向风荷载下刚架的体型系数, 供参考。

表格中的两个工况分别对应内表面风压的正负情况, 因为工况II通常不起控制作用, 轻钢规程CECS102:2002将它省略了。但是, 应该有设计师通过软件计算判断工况II对设计的影响, 不应简单省略。

对于兼托梁的纵向刚架的设计, 平面方法计算纵横两风荷载下的横向框架;按两套体型系数分别计算, 再分别将支座反力导入纵向刚架计算, 这是常用的计算方法。只有依靠软件建立三唯空间模型, 考虑横向刚架与纵向刚架的变形协调, 相互作用, 按纵横双向风荷载两套体型系数, 才更准确。

1.4.2 悬挂荷载

对与悬挂荷载, MBMA96将其作为一种特殊恒载来考虑, 不与风荷载组合, 因为二者方向相反, 恒载 (仅为屋面自重, 不含悬挂荷载) +风荷载这一组合是必须要计算的, 特别是在风荷载很大的地区, 风吸力往往会控制设计。用中国软件按中国规范设计时建议增加这种组合的计算, 将屋面自中和悬挂荷载区别对待, 仅把屋面自重作为恒载, 按照《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2001) 3.2.5的规定, 恒载分项系数取1.0, 甚至取0.9;风荷载的荷载分项系数取1.4, 否则, 设计可能是偏于不安全, 对纵向刚架设计更应如此, 强大的风吸力会在纵向刚架梁跨中产生很大的上拔力。所以软件应该能够增加工况及组合, 以便一次计算就完成这些工作, 否则, 要经过多次计算才能判断截面能否满足, 而且, 在节点设计时会繁琐。

另外, 一栋厂房在其使用期内悬挂荷载可能会改变, 如果增加悬挂荷载, 细心的业主会找设计师重新验算, 可如果是减小甚至取消悬挂荷载, 是不会有人重新验算的, 而在某些条件下, 这恰恰是不安全的。当然, 有些同行会建议把悬挂荷载当作活荷载处理, 特别是在相关专业提不出准确的悬挂荷载而结构设计又必需进行下去的时候, 这牵涉到悬挂荷载和活荷载的组合以及悬挂荷载和活荷载的最不利布置, 会大大增加结构的用钢量, 非常不经济。而且, 悬挂荷载刚好最不利布置的可能性也微呼其微。

1.4.3 扰度, 侧移与支撑系统

由于在<<门式刚架轻型房屋钢结构技术规程>> (CECS102:2002) 没有对纵向托梁或纵向刚架及侧移作出明确的规定, 设计中参照<<钢结构设计规范>> (GB50017-2003) 附录A的规定:

全部荷载标准值作用下, 扰度限值取L/400;

可变荷载标准值作用下, 挠度限值取L/500;

风荷载标准值作用下, 侧移限值取H/150。

这是<<钢结构设计规范>>对单层框架的要求, 但同时规定对轻型框架结构的柱顶水平位移可适当放宽。除了这些设计的底线之外, 结构设计师应根据实际情况具体分析, 判断是否需要更严的限值。例如, 在风荷载较大的地区, 当房屋的高度很高而宽度不大时, 比如纵向刚架高度18m, 纵向刚架与边墙距离30m, 按规范, 纵向刚架容许柱顶水平位移H/150为120mm, 而边墙设交叉支撑, 考虑到边墙墙板实际存在的蒙皮效应, 在端墙纵向风荷载下, 边墙几乎无水平位移, 边墙与中间纵向刚架的侧移刚度存在很大差异, 这时候计算各榀框架时不曾考虑的, 导致的后果就是纵向刚架承担的纵向风荷载增大。针对这种情况, 解决的办法有两种, 一是增大的纵向刚架的侧移刚度, 将纵向刚架柱顶水平位移取H/250也不为过, 必要时, 可将柱脚固接;二是设计支撑系统不要把纵向刚架当做固定支座, 而是弹性支座, 同时控制支撑系统在纵向风荷载下的变形成, 让支撑系统承受剪力, 来调整侧移刚度的差异, 而不时屋面板, 计算模型简图如图4, 这里需要先确定纵向刚架弹性支座的弹簧刚度, 可以通过计算纵向刚架在柱顶单位水平力下的侧移, 再考虑柱脚固的影响系数修正来得到, 此处的上限值应与总宽度W, 纵向刚架与边墙距离B以及纵向刚架高度H有关, 可取MIN{W/1000, B/250, H/150}, 当的计算结果不能满足时增加支撑的道数, 直到满足为止。

对轻钢建筑来说, 并不仅仅是纵向框架有上述的问题, 横向框架也有, 端部第二榀刚架与端山墙之间也存在很大的侧移刚度差异, 当檐高很高, 风荷载很大时, 如果不采取相应措施。仅仅依靠屋面板的蒙皮效应, 也会出问题。解决的办法也有两种, 一是增大横向刚架的侧移刚度, 二是在檐口处增设屋面纵向支撑, 后者很有效, 也很经济;而前者也是部分国家和地区规范的选择, 英国规范, 它就规定工业厂房在风荷载作用下的侧移限为端墙与第二榀刚架间距的1/250。

对于设置纵向刚架的抽柱类厂房, 当风荷载较大或处于地震高裂度区, 大量抽柱会大大削弱屋面刚度, 这时在檐口处设置通长纵向支撑就很有必要, 使整个屋面屋面在两个方向都有支撑系统, 增强了屋面刚度。

2 结语

⑴抽柱类厂房在风荷载作用下的计算应考虑两个方向风荷载体型系数的不同以及风吸风压的影响, 同时, 在风荷载较大的地区, 应注意悬挂荷载的处理。

⑵设计抽柱类轻钢厂房, 除了要满足规范的基本刚度要求外, 还要注意同方向各抗侧力单元的侧移刚度差异, 如果过大, 可以增大较弱部分的侧移刚度, 也可以通过合理设计支撑系统来调整, 而不是仅靠面板的蒙皮效应, 除非是一个的蒙皮设计。

摘要：近年来, 轻钢建筑中抽去部分立柱的工程越来越多, 解决的方案有多种, 各有优缺点及适用范围。本文主要介绍了托梁及纵向框架的方案, 对比美国MBMA规范, 对其荷载及组合的特点应注意的问题进行了评述, 也对国内轻钢规程及软件提出一些建议以供参考。

关键词：纵向刚架,纵向风荷载,悬挂荷载,风吸,风压,侧移,支撑系统

参考文献

[1]Low Rise Building Systems Manual1996.Metal Build-ing Manufacturers Association, Inc

[2]Metal Building Systems Manual2002.Metal Building Manufacturers Association, Inc.

[3]<<门式刚架轻型房屋钢结构技术规程>> (CECS102:2002)

[4]<<钢结构设计规范>> (GB50017-2003)

[5]<<建筑结构荷载规范>> (GB50009-2001)

浅谈轻型门式刚架结构优化设计 篇10

1.1 主要特点。

1.1.1工期短, 5000平方米到10000平方米的单层房屋一般建造完成只需100天左右。可见, 运用门式刚架可以大大缩短工期, 加快投资回收。1.1.2重量很轻, 其结构的重量是只混凝土结构的1/10-1/12。是常用钢结构的1/2-1/3。1.1.3内部形式新颖。1.1.4在造价成本上可以和钢筋混凝上的造价基本达到持平。1.1.5产品能够形成标准化、系列化以及工厂化的现代生产规模。

1.2 轻型门式刚架结构的应用。

门式刚架通常用于跨度为9-36m, 柱距为6m, 柱高为4.5-9m, 设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑, 主要在以下方面得到应用:1.2.1单层的工业厂房。门式刚架轻钢结构由于重量轻, 跨度大且易于组合, 是建造单层厂房的优选结构形式。1.2.2单层仓储建筑, 采用门式刚架轻钢结构外形美观, 库内空间大, 施工周期短, 改建或转向容易。1.2.3商业建筑。1.2.4文娱设施和体育馆。

2 轻型门式刚架的结构设计

2.1 极限状态。

极限状态设计法是基于这样的认识:不同类型的荷载, 如恒载、载、风载、地震等, 具有不同的分布规律, 并且其超载概率也不同。许应力法相比, 极限状态设计法引入了荷载分项系数, 这些系数对于不同的荷载和不同的极限状态具有不同的数值;不同的材料也具有不同的材料抗力分项系数。极限状态设计法是建立在统一的可靠度指标上的, 因而使结构具有一致的有效概率, 能得到更为合理的荷载及其效应组合, 从而导致更为经济和安全的设计结果。结构设计的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。其中, 结构构件的强度、整体稳定、局部稳定验算属于承载能力极限状态的范畴, 结构及其构件的位移和刚度验算属于正常使用极限状态的范畴, 一般而言, 设计时应首选择截面, 使结构满足承载能力极限状态的要求, 然后校核其是否满足正常使用极限状态。2.1.1承载能力极限状态。结构的承载能力极限状态是指结构要设计荷载作用下不发生强度或稳定破坏的极限状态。结构的荷载效应是结构构件及其连接在荷载作用下的内力 (或应力) , 由结构分析理论计算得到。各类结构分析或设计软件 (如ANSYS, SAP, 3D3S等) 是很有效和方便的计算手段。结构抗力是构件截面和连接节点的强度以及构件的稳定承载力等。必须注意, 计算承载能力极限状态时, 荷载效应和结构抗力都是指设计值。2.1.2正常使用极限状态。除了满足结构的承载能力极限状态外, 设计者还必须确保结构在使用荷载下能令人满意地完成其预定功能。对于轻型门式刚架结构而言, 正常使用极限状态是指结构和构件的位移满足相应的容许值, 这可以通过验算结构的变形来确保;同时结构和构件不产生振动, 这可以通过限制构件的长细比来确保。

2.2 门式刚架设计。

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》5.1.1规定:变截面门式刚架应采用弹性分析方法确定各种内力。仅在构件全部为等截面时才允许采用塑性分析方法, 并按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017规定进行设计。

2.2.1 刚架的弹性设计法

内力分析:刚架结构的主要构件是横梁和柱, 其内力可按一般结构力学方法或利用静力计算的公式、图表进行。构件的计算长度:刚架平面内的计算长度H。按下式计算:

式中H-刚架柱的高度, 自基础顶面到柱与横梁轴线交点的距离;U-刚架柱的计算长度系数。

2.2.2 刚架的塑性设计法。

设计特点:塑性设计法是建立在钢材具有充分塑性变形能力的基础上。在超静定结构中当荷载达到一定数值时, 某些截面将随着塑性变形的深入发展而形成塑性铰, 使各截面产生应力重分布, 从而提高结构的极限承载力。塑性设计能较好的反映结构的实际情况, 比弹性设计可节约钢材10～20%, 适用于实腹刚架和连续梁刚架的设计。内力分析:塑性设计的内力分析, 不能采用将各种荷载作用下的内力图相叠加的方法进行计算, 而应按各种可能的荷载组合分别进行内力分析, 找出各种可能的破坏机构和计算相应的塑性弯矩, 然后从中取最大值。

3 轻型门式刚架结构的优化设计

3.1 合理跨度的确定。

在设计中, 应该根据具体房屋的高度从而确定合理的跨度。总体来说, 当荷载和柱高是已定时, 我们在设计中就适当加大房屋的跨度, 这样以来, 刚架的用钢量整体增加不是很明显, 但却很大程度上节省了空间。我们通过具体大量的计算得出当檐高为7m、柱距为8.5m、荷载情况完全一致情况下, 跨度在18～48m之间的刚架单位用钢量) 为18～35kg/m;当檐高为12m时 (其它情况同上) , 跨度在18～48m之间的刚架用钢量 (Q235-B) 为25～40kg/m。因此, 设计者应根据具体要求在选择方案时选择较为经济的跨度, 不宜盲目追求大跨度, 图1给出了柱高及跨度与刚架钢材用量关系。

3.2 刚架最优柱距的确定。

刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、擦条形式等因素有关。刚架的间距即擦条的跨度, 随着间距的增大, 擦条跨度增大, 这就与擦条的间距及截面积相关。确定最优擦条跨度和间距是一个复杂的问题。随着跨度的增大, 凛条的用量势必增加, 但主刚架榻数的减少可以降低用钢量。厚度更大的擦条也可以降低单位用钢量。但是随着擦条的跨度的加大, 支撑用量也相应增多。所有这些因素需要综合考虑。我国对这方面内容的研究较少。英国对90m长的建筑作国系统的研究, 结果显示, 对于跨度超过20m框架间距是最优的;对于跨度小于20m的框架, 4.5m的框架间距是最优的。这个结果只能参考使用。 (表1) 所示:即在通常情况下, 柱高为6m, 各种跨度对应的刚架最优的间距。从表1可以看出, 通常情况下, 6～9M是门式刚架的最优柱距, 柱距不应该超出9M, 如果超过9M, 屋面擦条与擦架体系的用钢量增加太大, 导致, 综合造价过高。

3.3 截面优化设计。

实现截面优化的方法主要有二种:3.3.1用最优化理论。首先可以把问题归纳为一个单目标的问题, 用钢量最少或造价最低作为优化的具体目标函数。应力、位移等可作为约束条件, 最后用我们的数学方法得到最满意解。3.3.2穷举法。首先仔细计算和比较各种合理的构件截面形式, 并在满足具体设计要求的情况下, 以用钢量最少或造价最低为控制条件, 得到满意的截面尺寸。门式刚架常采用变化构件的截面来适应弯矩变化以达到节约钢材的目的。除腹板高度变化外, 厚度也可根据需要变化;上下翼缘可用不同截面;相邻单元的翼缘也可采用不同截面。因此, 影响整个刚架用钢量的因素有上翼缘的宽度、厚度;下翼缘的宽度、厚度:腹板的厚度:构件大头、小头的高度;而且这些因素之间也互相影响, 互相不独立。工程设计从形式来说, 是一种基于非常严格的力学和数学方法的精确运算过程。事实上, 结构设计中起重要作用的并不是那些运算方法和数学处理, 而是一系列难以用精确的计算解决的, 具有主观色彩的决策问题, 所以, 完全用最优化理论来解决截面优化设计有很大的复杂性。另外, 用穷举法解决截面优化问题时, 多因素决定了计算次数随构件数增加而呈指数关系增加, 故当刚架构件较多时, 要花费很长的计算时间。当设计者确定了结构形式后, 截面优化比较简单易行的方法是按照构件的内力来调整截面尺寸, 经过试算确定重量最小的截面。这种方法不但计算次数少, 而且可以人工干预截面优化范围, 快速的得到比较理想的截面尺寸。

摘要：轻钢门式刚架结构是单层厂房中一种常见结构, 因其用钢量少, 结构自重轻, 施工速度快, 综合经济效益高, 近年来得到了迅猛的发展。介绍了轻钢门式刚架的结构的特点及应用, 重点探讨和研究了门式刚架结构优化设计。

关键词：优化设计,自重轻,刚架结构

参考文献

[1]乔悦青, 对门式刚架轻钢结构设计研究[J].山西建筑, 2002.

[2]林功丁.门式刚架风荷载与地震作用的探讨[J].工业建筑, 2004.