摘 要 輕鋼結(jié)構(gòu)已被廣泛使用，但是在設(shè)計(jì)時(shí)有些問題還有待研究，為此，介紹設(shè)計(jì)工作中的幾點(diǎn)體會(huì)，并提出一些設(shè)計(jì)建議。
關(guān)鍵詞 輕鋼結(jié)構(gòu) 檁條 材質(zhì) 雪載
SUGGESTION ON THE DESIGN OF LIGHT-WEIGHT STEEL STRUCTURES Yang Fengdi Pei Hulin Zhang Hu Yang Hongxin （Xinjiang Guangzheng Steel Structure Company LTD. Urumqi 830011）
ABSTRACT ： Light weigh steel structures are extensively used， but there are some problems needed to study during the design .The experience from design work is introduced and design suggestion is given here. KEY WORDS ： light-weight steel structure purlin material snow load
輕型剛架的設(shè)計(jì)與使用在沿海地區(qū)已有多年經(jīng)驗(yàn)，已是很普及的結(jié)構(gòu)形式，可是在西北地區(qū)近年來剛剛推廣使用，專門的輕鋼設(shè)計(jì)單位還比較少，有的設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)輕鋼結(jié)構(gòu)時(shí)往往沿用傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)概念，如柱間支撐和吊車梁制動(dòng)桁架截面都較大。在多年來設(shè)計(jì)中，也體會(huì)到有些方面還有待進(jìn)一步研究，必須把輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更輕更安全。
抗風(fēng)柱作為端排剛架支點(diǎn)，限制了剛架梁的垂直變形，與中排剛架垂直變形不一致。實(shí)際即使抗風(fēng)柱對(duì)端排剛架不起支撐作用，端排剛架垂直變形與中排剛架垂直變形也不一樣，因?yàn)槎伺艅偧芎奢d與中排剛架荷載不同。另外檁條與剛架梁連接是鉸接，邊跨檁條兩端沉降允許有差值，屋面板也能適應(yīng)邊跨檁條兩端沉降差值。
2、屋面板及檁條
設(shè)計(jì)屋面板和檁條的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在通常是檁條等間距布置，檁條對(duì)屋面板是等跨支座，例跨度15M以上的剛架多為雙坡，每坡屋面板在7.5M以上。根據(jù)檁條布置，屋面板多按5跨等跨連續(xù)梁設(shè)計(jì)，其結(jié)果是屋面板端跨的跨中彎矩比中跨的跨中彎矩大很多，按端跨跨中彎矩選用屋面板，則中跨屋面板不能充分發(fā)揮作用。對(duì)檁條的線荷載又以屋面板的第二支座反力為依據(jù)，第二支座反力是5跨連續(xù)板中反力的支座，以此反力設(shè)計(jì)檁條，此時(shí)只有屋面板第二支座的檁條能充分發(fā)揮作用，中跨支座檁條承載力富裕很多，不能充分發(fā)揮作用。
為此建議檁條采用不等跨布置，檁條的布置在屋面板端跨處間距減少而中跨處間距放大使屋面板的端跨彎矩和中間跨彎矩比較接近，或由于檁條不等跨布置使屋面板支座反力比較接近，這樣能充分發(fā)揮屋面系統(tǒng)的材料性能，降低單位用鋼量，降低造價(jià)。一般工程的屋面系統(tǒng)用鋼量占總用鋼量的比例較大，所以這樣處理效果較好。檁條采用不等跨布置，相應(yīng)的檁托布置不等距，檁條拉桿長(zhǎng)度也會(huì)不等，只要認(rèn)真施工，是可以滿足設(shè)計(jì)要求的。
3、吊車梁設(shè)計(jì)
關(guān)于吊車梁制動(dòng)桁架的設(shè)置，我們?cè)谛陆姷揭恍┹p型鋼結(jié)構(gòu)廠房，其跨度在24m以內(nèi)，且吊車為5-20t，吊車梁跨度為6-8M之間，有相當(dāng)一部分也設(shè)了制動(dòng)桁架；更甚者有跨度10M，吊車僅3t，吊車梁跨度6M也設(shè)制動(dòng)桁架。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，類似以上吊車噸位和跨度的輕鋼廠房可不設(shè)制動(dòng)桁架，首先是《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102：98）中規(guī)定輕鋼廠房只能設(shè)中、輕級(jí)工作制橋式吊車，超重量不大于20t.只要滿足吊車梁的強(qiáng)度和變形以及構(gòu)造要求，在橫向水平剎車力的作用下能滿足吊車梁的側(cè)向穩(wěn)定，當(dāng)有必要時(shí)可適當(dāng)加大吊車梁上翼緣的寬度，以保證其穩(wěn)定性。不設(shè)吊車制動(dòng)桁架還可減少制造和安裝工作量，降低造價(jià)
4、柱間支撐設(shè)計(jì)
關(guān)于柱間支撐的設(shè)置，一些輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房中的柱間支撐多為角鋼剪刀撐，每一肢均同時(shí)滿足受壓和受拉的長(zhǎng)細(xì)比要求，因此設(shè)計(jì)的柱間支撐截面較大。輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)多為壓型鋼板加保溫材料，對(duì)廠房的柱頂位移限值放得很寬，并且吊車噸位不超過20t，縱向水平剎車力也較小，盡管還有風(fēng)載，個(gè)別地區(qū)還有地震作用，設(shè)剪刀式鋼筋拉桿代替角鋼剪刀撐，剪刀式鋼筋拉桿，只承受拉力，不考慮承受壓力。鋼筋直徑由縱向水平力之和設(shè)計(jì)確定，但要求必須設(shè)法將鋼筋拉緊，真正能夠傳遞縱向水平力。至于在一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中設(shè)幾道剪刀式鋼筋拉桿，由縱向水平力及鋼筋直徑確定，這樣給制作和安裝帶來很大方便。
5、主鋼構(gòu)材質(zhì)的選擇
關(guān)于輕型剛架材質(zhì)問題，在建設(shè)單位的招標(biāo)文件上，經(jīng)常見到要示剛架材質(zhì)為Q345，而且這種要求高強(qiáng)度材料的標(biāo)書也越來越多，建設(shè)單位認(rèn)為材質(zhì)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度越高就越省鋼材，就會(huì)降低工程造價(jià)。這種認(rèn)識(shí)有局限性，不是普遍規(guī)律。因?yàn)閯偧艿慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅要進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，而影響設(shè)計(jì)的因素也較復(fù)雜，例如跨度、高度、地震烈度、風(fēng)載、靜載、是否有吊車、吊車噸位等，所以材料強(qiáng)度越高就越省鋼，這種認(rèn)識(shí)是不全面的。一般說非地震區(qū)的建筑風(fēng)載較小且跨度較大時(shí)，其構(gòu)件內(nèi)力較大，是強(qiáng)度控制，材質(zhì)強(qiáng)度高會(huì)降低用鋼量，建筑物造價(jià)會(huì)下降；當(dāng)抗震設(shè)防烈度較高且風(fēng)載較大時(shí)，往往是變形較大由剛度控制，材質(zhì)強(qiáng)度再高，也需保持足夠的構(gòu)件截面，才能有足夠的剛度以滿足變形要求，這時(shí)材質(zhì)強(qiáng)度高反而建筑物造價(jià)會(huì)提高，造成不必要的浪費(fèi)。
近年來，在新疆一些地區(qū)，我們經(jīng)常遇到要設(shè)計(jì)的建筑物抗震設(shè)防烈度為8度，且雪載較大，風(fēng)載也較大，跨度在15-18M之間，由剛度控制，即以柱頂變形為控制因素的建筑物，如提高材質(zhì)強(qiáng)度是不妥的，用Q235為宜。
6、 雪荷載的選用
我公司近年來買過幾套設(shè)計(jì)軟件，有的設(shè)計(jì)軟件在輸入荷載時(shí)，對(duì)雪載只按均布荷載輸入，沒有考慮《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GBJ9-87）中屋面積雪分布系數(shù)，經(jīng)常遇到的單跨雙坡屋面和雙跨雙坡屋面，以及高低跨相鄰的屋面，不考慮雪載分布不均勻系數(shù)，給設(shè)計(jì)帶來很大不方便，也可能造成不安全。尤其是在新疆高寒地區(qū)，雪載很大，是屋面結(jié)構(gòu)的主要控制荷載，有的設(shè)計(jì)者認(rèn)為只要是程序計(jì)算就沒問題，其實(shí)有的程序也有不完善之處，在高寒地區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)要注意屋面積雪的不均勻系數(shù)，尤其是有的高低跨相鄰的建筑物，即便程序中沒考慮雪載不均勻系數(shù)，也應(yīng)自行調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)安全。
7、結(jié) 語(yǔ)
以上僅為設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)體會(huì)，愿起到拋磚引玉的作用，從大局著眼，從細(xì)處入手，把輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做得更合理。
關(guān)鍵詞 輕鋼結(jié)構(gòu) 檁條 材質(zhì) 雪載
SUGGESTION ON THE DESIGN OF LIGHT-WEIGHT STEEL STRUCTURES Yang Fengdi Pei Hulin Zhang Hu Yang Hongxin （Xinjiang Guangzheng Steel Structure Company LTD. Urumqi 830011）
ABSTRACT ： Light weigh steel structures are extensively used， but there are some problems needed to study during the design .The experience from design work is introduced and design suggestion is given here. KEY WORDS ： light-weight steel structure purlin material snow load
輕型剛架的設(shè)計(jì)與使用在沿海地區(qū)已有多年經(jīng)驗(yàn)，已是很普及的結(jié)構(gòu)形式，可是在西北地區(qū)近年來剛剛推廣使用，專門的輕鋼設(shè)計(jì)單位還比較少，有的設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)輕鋼結(jié)構(gòu)時(shí)往往沿用傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)概念，如柱間支撐和吊車梁制動(dòng)桁架截面都較大。在多年來設(shè)計(jì)中，也體會(huì)到有些方面還有待進(jìn)一步研究，必須把輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更輕更安全。
抗風(fēng)柱作為端排剛架支點(diǎn)，限制了剛架梁的垂直變形，與中排剛架垂直變形不一致。實(shí)際即使抗風(fēng)柱對(duì)端排剛架不起支撐作用，端排剛架垂直變形與中排剛架垂直變形也不一樣，因?yàn)槎伺艅偧芎奢d與中排剛架荷載不同。另外檁條與剛架梁連接是鉸接，邊跨檁條兩端沉降允許有差值，屋面板也能適應(yīng)邊跨檁條兩端沉降差值。
2、屋面板及檁條
設(shè)計(jì)屋面板和檁條的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在通常是檁條等間距布置，檁條對(duì)屋面板是等跨支座，例跨度15M以上的剛架多為雙坡，每坡屋面板在7.5M以上。根據(jù)檁條布置，屋面板多按5跨等跨連續(xù)梁設(shè)計(jì)，其結(jié)果是屋面板端跨的跨中彎矩比中跨的跨中彎矩大很多，按端跨跨中彎矩選用屋面板，則中跨屋面板不能充分發(fā)揮作用。對(duì)檁條的線荷載又以屋面板的第二支座反力為依據(jù)，第二支座反力是5跨連續(xù)板中反力的支座，以此反力設(shè)計(jì)檁條，此時(shí)只有屋面板第二支座的檁條能充分發(fā)揮作用，中跨支座檁條承載力富裕很多，不能充分發(fā)揮作用。
為此建議檁條采用不等跨布置，檁條的布置在屋面板端跨處間距減少而中跨處間距放大使屋面板的端跨彎矩和中間跨彎矩比較接近，或由于檁條不等跨布置使屋面板支座反力比較接近，這樣能充分發(fā)揮屋面系統(tǒng)的材料性能，降低單位用鋼量，降低造價(jià)。一般工程的屋面系統(tǒng)用鋼量占總用鋼量的比例較大，所以這樣處理效果較好。檁條采用不等跨布置，相應(yīng)的檁托布置不等距，檁條拉桿長(zhǎng)度也會(huì)不等，只要認(rèn)真施工，是可以滿足設(shè)計(jì)要求的。
3、吊車梁設(shè)計(jì)
關(guān)于吊車梁制動(dòng)桁架的設(shè)置，我們?cè)谛陆姷揭恍┹p型鋼結(jié)構(gòu)廠房，其跨度在24m以內(nèi)，且吊車為5-20t，吊車梁跨度為6-8M之間，有相當(dāng)一部分也設(shè)了制動(dòng)桁架；更甚者有跨度10M，吊車僅3t，吊車梁跨度6M也設(shè)制動(dòng)桁架。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，類似以上吊車噸位和跨度的輕鋼廠房可不設(shè)制動(dòng)桁架，首先是《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102：98）中規(guī)定輕鋼廠房只能設(shè)中、輕級(jí)工作制橋式吊車，超重量不大于20t.只要滿足吊車梁的強(qiáng)度和變形以及構(gòu)造要求，在橫向水平剎車力的作用下能滿足吊車梁的側(cè)向穩(wěn)定，當(dāng)有必要時(shí)可適當(dāng)加大吊車梁上翼緣的寬度，以保證其穩(wěn)定性。不設(shè)吊車制動(dòng)桁架還可減少制造和安裝工作量，降低造價(jià)
4、柱間支撐設(shè)計(jì)
關(guān)于柱間支撐的設(shè)置，一些輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房中的柱間支撐多為角鋼剪刀撐，每一肢均同時(shí)滿足受壓和受拉的長(zhǎng)細(xì)比要求，因此設(shè)計(jì)的柱間支撐截面較大。輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)多為壓型鋼板加保溫材料，對(duì)廠房的柱頂位移限值放得很寬，并且吊車噸位不超過20t，縱向水平剎車力也較小，盡管還有風(fēng)載，個(gè)別地區(qū)還有地震作用，設(shè)剪刀式鋼筋拉桿代替角鋼剪刀撐，剪刀式鋼筋拉桿，只承受拉力，不考慮承受壓力。鋼筋直徑由縱向水平力之和設(shè)計(jì)確定，但要求必須設(shè)法將鋼筋拉緊，真正能夠傳遞縱向水平力。至于在一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中設(shè)幾道剪刀式鋼筋拉桿，由縱向水平力及鋼筋直徑確定，這樣給制作和安裝帶來很大方便。
5、主鋼構(gòu)材質(zhì)的選擇
關(guān)于輕型剛架材質(zhì)問題，在建設(shè)單位的招標(biāo)文件上，經(jīng)常見到要示剛架材質(zhì)為Q345，而且這種要求高強(qiáng)度材料的標(biāo)書也越來越多，建設(shè)單位認(rèn)為材質(zhì)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度越高就越省鋼材，就會(huì)降低工程造價(jià)。這種認(rèn)識(shí)有局限性，不是普遍規(guī)律。因?yàn)閯偧艿慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅要進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，而影響設(shè)計(jì)的因素也較復(fù)雜，例如跨度、高度、地震烈度、風(fēng)載、靜載、是否有吊車、吊車噸位等，所以材料強(qiáng)度越高就越省鋼，這種認(rèn)識(shí)是不全面的。一般說非地震區(qū)的建筑風(fēng)載較小且跨度較大時(shí)，其構(gòu)件內(nèi)力較大，是強(qiáng)度控制，材質(zhì)強(qiáng)度高會(huì)降低用鋼量，建筑物造價(jià)會(huì)下降；當(dāng)抗震設(shè)防烈度較高且風(fēng)載較大時(shí)，往往是變形較大由剛度控制，材質(zhì)強(qiáng)度再高，也需保持足夠的構(gòu)件截面，才能有足夠的剛度以滿足變形要求，這時(shí)材質(zhì)強(qiáng)度高反而建筑物造價(jià)會(huì)提高，造成不必要的浪費(fèi)。
近年來，在新疆一些地區(qū)，我們經(jīng)常遇到要設(shè)計(jì)的建筑物抗震設(shè)防烈度為8度，且雪載較大，風(fēng)載也較大，跨度在15-18M之間，由剛度控制，即以柱頂變形為控制因素的建筑物，如提高材質(zhì)強(qiáng)度是不妥的，用Q235為宜。
6、 雪荷載的選用
我公司近年來買過幾套設(shè)計(jì)軟件，有的設(shè)計(jì)軟件在輸入荷載時(shí)，對(duì)雪載只按均布荷載輸入，沒有考慮《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GBJ9-87）中屋面積雪分布系數(shù)，經(jīng)常遇到的單跨雙坡屋面和雙跨雙坡屋面，以及高低跨相鄰的屋面，不考慮雪載分布不均勻系數(shù)，給設(shè)計(jì)帶來很大不方便，也可能造成不安全。尤其是在新疆高寒地區(qū)，雪載很大，是屋面結(jié)構(gòu)的主要控制荷載，有的設(shè)計(jì)者認(rèn)為只要是程序計(jì)算就沒問題，其實(shí)有的程序也有不完善之處，在高寒地區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)要注意屋面積雪的不均勻系數(shù)，尤其是有的高低跨相鄰的建筑物，即便程序中沒考慮雪載不均勻系數(shù)，也應(yīng)自行調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)安全。
7、結(jié) 語(yǔ)
以上僅為設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)體會(huì)，愿起到拋磚引玉的作用，從大局著眼，從細(xì)處入手，把輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做得更合理。