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所属栏目：工业设计论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:101
副标题#e#摘要：轻型刚架的设计与使用已有多年经验，成为很普及的结构形式，可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。本文对轻型钢结构设计方面进行了相关的研究与论述。
关键词：轻型钢结构 设计 抗风柱
轻型刚架的设计与使用已有多年经验，成为很普及的结构形式，可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。在多年来实践中，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经济、安全，同时保证美观。
1、端排刚架设计
轻型钢结构端排刚架，通常不单独设计，尽管端排刚架的刚度及荷载与中排刚架不同，往往也不单独设计，施工图与中排刚架一样。抗风柱对端排刚架也不起支撑作用，只抗水平侧力并承担端墙自重。实际抗风柱作为端排刚架的支点，可减小其钢梁和钢柱断面，也可减小H型钢翼缘的尺寸或板厚(此时在构造上端排柱外皮与中排柱外皮齐)。端排刚架承受屋面半载及端墙自重荷载，端排刚架的中间支柱(抗风柱)承受风荷载通过横梁和撑杆传给屋面系统，此方案可减少用钢量。但当考虑扩建时端排架与中排架应相同。
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，例如跨度15 m以上的刚架多为双坡，每坡屋面板在7．5 m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，我们曾见到一些轻型钢结构厂房，其跨度在24 m以内，且吊车为5～20 t，吊车梁的跨度为6～8 m之间，有相当一部分也设了制动桁架；更甚者有跨度10 m，吊车仅3 t，吊车梁跨度6 m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》(CECSl02：98)中规定轻钢厂房只能设中、轻级工作制桥式吊车，起重量不大于20 t。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，#p#副标题#e#并且吊车吨位不超过20 t，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、高强度螺栓的选择
轻钢结构采用高强度螺栓，不少工程技术人员的概念中，一提及高强度螺栓就是摩擦型、承压型。在钢结构梁柱连接中，如楼面屋面荷载较大使螺栓连接处受剪切力较大时，利用摩擦型、承压型高强度螺栓连接面处的摩阻力承受节点处的剪切力是有效的办法。但在轻钢门式刚架厂房中。由于屋面较轻，梁、柱连接处剪切力较小，其跨中的节点剪力往往更小，螺栓主要承受梁截面受弯时在螺栓轴向产生的拉力，而剪力往往较小。
如门式钢架接近柱顶处弯矩值很小，弯矩零点处时。剪力较柱顶处小，由于屋面很轻，因此其剪力很小。柱顶处，在均布荷载作用下为跨中最大弯矩。但其剪力趋近于零。
此时，两节点剪力均很小，不必靠摩擦面承受剪力。因此不必用摩擦型或承压型高强螺栓。可以采用强度较高的普通螺栓承受拉力与承受剪力，采用普通螺栓的拧紧方法，拧紧螺栓。此时螺栓承受很小的剪力，主要承受弯矩产生的拉力。轻钢规程中说明螺栓连接强度设计值在普通螺栓中给出了8．8级螺栓的抗拉、抗剪强度设计值，适应了目前轻钢结构厂房的螺栓连接要求，是非常及时的。
6、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，经常见到要求刚架材质为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。
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：
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