轻型门式刚架房屋在国外应用较早,早期典型的门式刚架是1910年布鲁塞尔世博会的德国机械工程展厅,采用了多层阶形钢框架结构。在我国的应用大约始于20世纪80年代初期,90年代开始,进入了快速的全面发展和应用时期,门式刚架结构被大量应用于工业厂房、仓库、超市、展馆等建筑。中国工程建设标准化协会于2002年发布了行业标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002,中华人民共和国住房和城乡建设部于2015年12月发布了国家标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015,下文简称《新门规》。在《新门规》的设计应用执行中,抛砖引玉,就以下问题与各位同行、各位专家相互探讨,以期设计与审查相互帮助,提高水平。
一、维护系统设计
1、屋面及墙面板可选用镀层或涂层钢板、不锈钢板、铝镁锰合金板、钛锌板等金属板材,外板的基板厚度不应小于0.45mm,内板的基板厚度不应小于0.35mm,基板屈服强度不应小于350N/mm2,对扣合式连接板基板屈服强度不应小于500N/mm2;
2、屋面板与檩条的连接方式可分为直立缝锁边连接型(屋面排水坡度限值1/30)、扣合式连接型、螺钉连接型(屋面排水坡度限值1/20);
在设计中应注明屋面板、墙板厚度及基板强度要求,并明确屋面板与檩条的连接形式,目前工程现场应用最多的是直立锁边型连接,连接构造详下图:
二、钢结构防护
1、门式刚架轻型房屋应进行防火与防腐设计。应根据钢结构构件的耐火极限确定防火涂层的形式、性能及厚度要求。
在防护设计中应注明防护层设计使用年限、钢结构定期检查和维护要求,明确防火涂料为薄涂或厚涂型,并考虑防火涂料对结构自重的影响,且应提出防锈底漆与防火涂料的兼容性及附着力要求。
三、风荷载、雪荷载:
1. 基本风压取值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2012规定值采用;计算主钢架时,增大系数β=1.1,计算檩条、墙梁、屋面板、墙面板及其连接时,取β=1.5。
2. 基本雪压取值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2012规定的100年重现期的雪压采用;
钢架斜梁应考虑全跨积雪的均匀分布、不均匀分布和半跨积雪的均匀分布,按最不利情况采用。钢架斜梁的计算结果往往是雪荷载的不利分布起控制作用,在PKPM钢架二维设计软件中,雪荷载不利
布置应按互斥荷载分别输入。
四、屋面檩条计算:
1.当屋面板与檩条采用直立缝锁边连接或扣合式连接时,屋面板不能阻止檩条的侧向位移与扭转,应按《新门规》GB51022-2015第9.1.5-1、-2式计算檩条的强度及稳定性;当屋面板与檩条采用螺钉连接时,屋面板能够阻止檩条的侧向位移与扭转,可仅按《新门规》GB51022-2015第9.1.5-1式做强度计算,而不验算其稳定性。檩条计算中,起控制作用的往往是1.2恒载+1.4(活载+0.6风载)组合下的整体稳定验算,如果勾选取屋面板能阻止檩条侧向失稳项,则设计中应注明屋面板与檩条的连接形式为螺钉连接。当斜梁受压下翼缘有内衬板约束且能防止屋面檩条截面扭转时,在风吸力作用下,檩条下翼缘的整体稳定性可不做计算。
根据设计情况来看,采用连续檩条可取得较好的经济效益。
五、隅撑及隅撑对斜梁的弹性支撑作用
1、隅撑应按轴心受压杆件设计,采用直径不小于M14的单个螺栓与檩条连接,轴力计算公式详《新门规》GB51022-2015第8.4.2式。在隅撑承载力计算中往往是连接螺栓与薄壁檩条之间的承压承载力起控制作用,详《钢结构设计规范》GB50017-2003第7.2.1-3公式;
2、实腹式钢架斜梁的平面外计算长度,应取侧向支撑点间的距离;当屋面斜梁和檩条之间设置的隅撑满足《新门规》GB51022-2015第7.1.6-4条相关规定时,可考虑隅撑对斜梁受压下翼缘的弹性支撑作用。PKPM二维门刚计算程序中梁平面外稳定应力计算长度设置的三个选项:1)按支撑计算长度是指纵向系杆的间距,包括刚性系杆和檩条兼做的纵向系杆,此处不能直接输入3000mm;2)按隅撑做为侧向支撑点计算,应按实际输入隅撑、檩条型号、连接方式、布置间距等参数;3)取按支撑计算和按隅撑做为侧向支撑点计算的较小值,这两种算法都是规范允许的,可以取较小值。
六、地震作用计算:
1)采用砌体墙做维护墙体时,砌体墙的质量应沿高度分配到不少于两个质量集中点做为钢柱的附加质量,参与钢架的横向水平地震作用计算。
2)纵向柱列的地震作用计算时,应注意柱间支撑的连接方式与模型中支撑的铰接约束设置相一致。
由于笔者知识及水平有限,因此文中错漏之处在所难免,恳请各位同行、专家不吝赐教,以提高我们潍坊地区钢结构的设计与审查水平。