轻型钢结构房屋设计的几点建议

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

1、轻型刚架的设计与使用

　　在沿海地区已有多年经验，已是很普及的结构形式，可是在西北地区近年来刚刚推广使用，专门的轻钢设计单位还比较少，有的设计单位在设计轻钢结构时往往沿用传统的钢结构概念，如柱间支撑和吊车梁制动桁架截面都较大。在多年来设计中，也体会到有些方面还有待进一步研究，必须把轻钢结构设计得更轻更安全。

　　抗风柱作为端排刚架支点，限制了刚架梁的垂直变形，与中排刚架垂直变形不一致。实际即使抗风柱对端排刚架不起支撑作用，端排刚架垂直变形与中排刚架垂直变形也不一样，因为端排刚架荷载与中排刚架荷载不同。另外檩条与刚架梁连接是铰接，边跨檩条两端沉降允许有差值，屋面板也能适应边跨檩条两端沉降差值。

　　2、屋面板及檩条

　　设计屋面板和檩条的设计，现在通常是檩条等间距布置，檩条对屋面板是等跨支座，例跨度15M以上的刚架多为双坡，每坡屋面板在7.5M以上。根据檩条布置，屋面板多按5跨等跨连续梁设计，其结果是屋面板端跨的跨中弯矩比中跨的跨中弯矩大很多，按端跨跨中弯矩选用屋面板，则中跨屋面板不能充分发挥作用。对檩条的线荷载又以屋面板的第二支座反力为依据，第二支座反力是5跨连续板中反力最大的支座，以此反力设计檩条，此时只有屋面板第二支座的檩条能充分发挥作用，中跨支座檩条承载力富裕很多，不能充分发挥作用。

　　为此建议檩条采用不等跨布置，檩条的布置在屋面板端跨处间距减少而中跨处间距放大使屋面板的端跨弯矩和中间跨弯矩比较接近，或由于檩条不等跨布置使屋面板支座反力比较接近，这样能充分发挥屋面系统的材料性能，降低单位用钢量，降低造价。一般工程的屋面系统用钢量占总用钢量的比例较大，所以这样处理效果较好。檩条采用不等跨布置，相应的檩托布置不等距，檩条拉杆长度也会不等，只要认真施工，是可以满足设计要求的。

　　3、吊车梁设计

　　关于吊车梁制动桁架的设置，我们在新疆见到一些轻型钢结构厂房，其跨度在24m以内，且吊车为5-20t，吊车梁跨度为6-8M之间，有相当一部分也设了制动桁架；更甚者有跨度10M，吊车仅3t，吊车梁跨度6M也设制动桁架。根据我们的设计经验，类似以上吊车吨位和跨度的轻钢厂房可不设制动桁架，首先是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：98）中规定轻钢厂房只能设中、轻级工作制桥式吊车，超重量不大于20t。只要满足吊车梁的强度和变形以及构造要求，在横向水平刹车力的作用下能满足吊车梁的侧向稳定，当有必要时可适当加大吊车梁上翼缘的宽度，以保证其稳定性。不设吊车制动桁架还可减少制造和安装工作量，降低造价

　　4、柱间支撑设计

　　关于柱间支撑的设置，一些轻型钢结构厂房中的柱间支撑多为角钢剪刀撑，每一肢均同时满足受压和受拉的长细比要求，因此设计的柱间支撑截面较大。轻型钢结构厂房的墙体围护结构多为压型钢板加保温材料，对厂房的柱顶位移限值放得很宽，并且吊车吨位不超过20t，纵向水平刹车力也较小，尽管还有风载，个别地区还有地震作用，设剪刀式钢筋拉杆代替角钢剪刀撑，剪刀式钢筋拉杆，只承受拉力，不考虑承受压力。钢筋直径由纵向水平力之和设计确定，但要求必须设法将钢筋拉紧，真正能够传递纵向水平力。至于在一个结构单元中设几道剪刀式钢筋拉杆，由纵向水平力及钢筋直径确定，这样给制作和安装带来很大方便。

　　5、主钢构材质的选择

　　关于轻型刚架材质问题，在建设单位的招标文件上，经常见到要示刚架材质为Q345，而且这种要求高强度材料的标书也越来越多，建设单位认为材质的设计强度越高就越省钢材，就会降低工程造价。这种认识有局限性，不是普遍规律。因为刚架的结构设计，不仅要进行强度设计，还要进行刚度设计及稳定性设计，而影响设计的因素也较复杂，例如跨度、高度、地震烈度、风载、静载、是否有吊车、吊车吨位等，所以材料强度越高就越省钢，这种认识是不全面的。一般说非地震区的建筑风载较小且跨度较大时，其构件内力较大，是强度控制，材质强度高会降低用钢量，建筑物造价会下降；当抗震设防烈度较高且风载较大时，往往是变形较大由刚度控制，材质强度再高，也需保持足够的构件截面，才能有足够的刚度以满足变形要求，这时材质强度高反而建筑物造价会提高，造成不必要的浪费。

　　近年来，在新疆一些地区，我们经常遇到要设计的建筑物抗震设防烈度为8度，且雪载较大，风载也较大，跨度在15-18M之间，由刚度控制，即以柱顶变形为控制因素的建筑物，如提高材质强度是不妥的，用Q235为宜。

　　6、雪荷载的选用

　　我公司近年来买过几套设计软件，有的设计软件在输入荷载时，对雪载只按均布荷载输入，没有考虑《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）中屋面积雪分布系数，经常遇到的单跨双坡屋面和双跨双坡屋面，以及高低跨相邻的屋面，不考虑雪载分布不均匀系数，给设计带来很大不方便，也可能造成不安全。尤其是在新疆高寒地区，雪载很大，是屋面结构的主要控制荷载，有的设计者认为只要是程序计算就没问题，其实有的程序也有不完善之处，在高寒地区设计时要注意屋面积雪的不均匀系数，尤其是有的高低跨相邻的建筑物，即便程序中没考虑雪载不均匀系数，也应自行调整，以保证结构安全。

　　7、结 语

　　以上仅为设计中的几点体会，愿起到抛砖引玉的作用，从大局着眼，从细处入手，把轻型钢结构设计做得更合理。

　　参考文献：

　　1 CECS102：98 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程

　　2 GBJ17-88 钢结构设计规范

　　3 GBJ9-87 建筑结构荷载规范