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轻钢结构门式钢架设计有哪些问题?
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-01-11 09:06:10

 导读:轻钢结构门式钢架采用轻型材料,自重轻,基础造价低,钢材耗量小,主要钢结构件工厂化,施工速度快,对环境污染少,对于大跨度结构,以上优点尤其突出。另外,柱脚形成的选择还要考虑土质情况及基础造价。

  关键词:门式钢架,轻钢结构抗剪键,基础
 
  轻钢结构门式钢架采用轻型材料,自重轻,基础造价低,钢材耗量小,主要钢结构件工厂化,施工速度快,对环境污染少,对于大跨度结构,以上优点尤其突出。论文参考网。因而轻钢结构在工业厂房、仓库、集贸市场、体育馆等建筑中得到了广泛应用。下面就本人在日常工作中经常遇到的一些问题进行探讨,并给出一些建议,以供同行参考。
 
  一、轻钢结构门式钢架采用铰接还是钢接
  《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102:2002)第4.1.4条规定:“门式钢架的柱脚形成多按铰接支撑设计,通常为平板支座,设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时,宜将柱脚设计成钢接”。本人认为,柱脚形式采用铰接还是钢接,除由吊车决定外,还要看房屋的高度和风荷载的大小,如果房屋的高度较高,而且风荷载较大,即使无吊车,如柱脚采用铰接,柱顶位移大,为控制柱顶位移,必然加大柱截面,增加用钢量。另外,柱脚形成的选择还要考虑土质情况及基础造价。当采用钢接柱脚,由于基础要承受较大的偏心弯矩,基础的平面尺寸均较铰接柱脚基础要大,土质情况差时差别就更大。因此,选用何种柱脚行形式要根据房屋的高度,风载的大小,有无吊车,吊车吨位及土质情况等因素综合确定。

  二、能否考虑围护墙时刚柱的平面外约束
   轻钢门式钢架厂房,当周围采用砖墙围护时,一般在钢柱外皮设构造柱,在窗顶位置设通常圈梁,圈梁构造柱现浇为一体。此种情况,能否将圈梁视为钢柱平面外支点?有人认为,圈梁和钢柱通过可靠连接,可以作为刚柱的平面外支点,甚至可以考虑围护墙对钢柱的平面外约束作用。假定以上观点正确,那么,混凝土圈梁和砖墙对钢柱的约束作用点在钢柱外皮,而钢柱主要是内皮受压,效果肯定不好,同时由于砖墙混凝土构件与钢构件是完全不同的材料,在不利荷载作用下,可能引起砖墙、混凝土较早开裂,使钢柱失去侧面约束作用,从而造成钢柱平面外换稳。一般应采用设置系杆的方法来减少柱平面外计算长度。但需注意系杆不能互为支撑,系杆必须连到合适的支撑体系(如柱间支撑)或结构的某个独立稳定的部分。

  三、基础设计
   轻钢结构基础设计中,由于结构自重轻,基础竖向荷载小,水平荷载往往成为基础大小的控制因素。因此基础偏心过大,对基础设计造成一定困难。由于偏西荷载作用下基础底面反力的不均匀性,可能使基础发生倾斜,甚至会影响厂房的正常使用,特别是有吊车的工业厂房。根据文献[3]对基底土压力分布作以下限制,供设计时参考。
  (1)对于fak<180kpa、吊车起重量大于750KN的单层厂房柱基,或对于fak<105kpa、吊车起重量大于150KN露天跨柱基,要求Pmm/pmax ≥0.25,其中fak为地基承载力特证值。
  (2)对于承受一般吊车承载的柱基,要求Pmin≥0,即不出现基础底面与地基脱离。要满足此条件偏心距e最大为b/6。
  (3)对于仅有风荷载而无吊车荷载的柱基,允许基础底面与地基不完全接触,但接触部分长度与基础长度之比不小于0.75;同时,还应验算基础底板受拉一边在底板自重及上部的重力荷载作用下的抗弯强度。
  为满足以上设计原则,解决的方法有:增加基础压重、增加深埋、采用偏心基础、采用桩基等,在实际设计中应经过充分比较分析后确定选用哪种方法。

  四、抗剪键的设置要求与计算
  在风荷载较大或抗震设防烈度较高地区,其基底水平剪力较大,往往需要在柱底板下加抗剪键,以弥补柱底板与混凝土间摩擦力的不足。如何设置抗剪键在规程(CECS102:2002)第7.2.20条仅规定水平剪力可由柱底板与混凝土间的摩擦力或设置抗剪键承受。在条文说明中要求抗剪键采用在钢架平面方向截面刚度较大的工字钢等垂直焊接在柱底板的底面,其截面和连接焊缝的抗剪能力应进行计算。论文参考网。若抗剪键较长,须在基础表面做坑以便安装时将其插入,然后进行二次灌浆。
  抗剪键起作用是建立在柱底板下的空隙灌浆密实的基础上,密实是二次灌浆与混凝土基础及柱底板共同工作的前提。因此抗剪键的作用除与本身截面和焊缝高度与长度有关外,还取决于灌浆的密实度。抗剪键以长度方向平行于柱底板为宜。柱底板下的灌浆空隙以满足抗剪键不与基础表面接触,留有一定空隙,使柱底标高有调整余量为准,确保抗剪键起作用,保证工程安全。论文参考网。根据文献[4],抗剪键计算处如下:
  (1)抗剪键设置:当Vmax≥Nmax×0.4时,需要设置抗剪键。
  (2)抗剪键正面角焊缝总长度
  Lw≥(Vmax-0.4Nmax)/(0.7hf* ffw*βf)+40MM
  其中Vmax:最不利组合柱最大剪力
  Nmax:最不利组合时根最大轴力
  Lw:抗剪键正面角焊缝总长度hf:焊脚尺寸
  ffw:角焊缝强度设计值 βf:正面角焊缝强度设计值增大系数,可取βf =1.22 
 
  五、小结
  门式钢架轻型房屋钢结构在我国应用已比较广泛,技术日渐成熟,但需要完善的问题仍较多,只有充分理解该类结构的设计概念才能使结构设计既经济合理,又安全可靠,在市场竞争中立于不败之地。

  参考文献
  1、《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002
  2、《钢结构设计规范》GB50017-2003
  3、王元清王春光 袁英战 门式钢架轻型钢结构工业厂房基础设计与研究《建筑结构》2003.30(4)16~19
  4、杨风第周永麟 轻型钢结构房屋柱基础设计的探讨
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