輕型鋼結構房屋設計中的誤區

【摘要】輕型鋼結構房屋廣泛應用于工業生產工程中，為業主了提供大跨度大空間，滿足業主的生產工藝流程的要求。本文對設計中的抗風柱、屋面板、檁條、吊車梁等方面做了論述。

【關鍵詞】 輕型鋼結構房屋；抗風柱；屋面板及檁條；吊車梁；柱間支撐；主鋼材質的選擇

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輕型鋼結構房屋相對于混凝土結構而言其造價要低，施工工期短，同時能提供大的工作空間，滿足生產工藝流程，因而常被作為廠房和車間等房屋的首選結構形式。在多年的設計實踐中，認為輕型鋼結構房屋設計在此方面存在一些誤區。

1. 抗風柱設計

有的認為抗風柱作為端排剛架的支點，限制了剛架的垂直變形，產生與中排剛架的垂直變形不一致，因而弊大于利。實際上即使不設抗風柱，因為端排剛架荷載與中排剛架荷載值不同，端排剛架垂直變形與中排剛架垂直變形兩者也不一樣的。另外檁條與剛架連接是鉸接，邊跨檁條兩端沉降允許有差值，屋面板也能適應邊跨檁條兩端沉降的差值，設計了抗風柱對抗地震和風的水平荷載有較大作用。

2. 屋面檁條應不等距設計

在屋面檁條的設計中，現在做法通常是檁條等間距布置，檁條對屋面而言是等跨支座，如跨度18米以上的鋼架多為雙坡，每坡屋面板在9米以上。根據檁條的布置，屋面板多按五等跨的連續板設計，其結果是屋面板端跨的跨中彎矩比中跨的跨中彎矩大得多，按端跨跨中彎矩選用屋面板的'話，則中跨的屋面板就不能充分發揮作用。對檁條的線荷載又以屋面板的第二支座反力為依據，第二支座反力是五跨續板中支座反力最大的支座，以此反力來設計檁條，此時只有屋面板第二支座的檁條能充分發揮作用，中跨支座檁條承載能力富裕較多，不能充分發揮其作用。為此建議檁條采用不等跨布置，檁條的布置在段跨間距減少，而在中間跨處放大以使屋面板的端跨彎矩和中部跨彎矩比較接近，或由于不等跨布置使屋面板支座反力比較接近，這樣能充分發揮屋面系統的材料性能，降低單位用鋼量，從而降低成本。

3. 有的吊車梁可不設計制動桁架

我們在設計中經常見到一些輕鋼結構廠房，其跨度在24米內，且吊車為5～20噸，吊車梁跨度為6～8米之間，有相當一部分設置了制動桁架；更有甚者跨度10米，吊車僅3噸，吊車梁跨度6米也設置了制動桁架。根據我的經驗，類似以上吊車噸位和跨度的輕型鋼結構廠房可不設置制動桁架，在《規程》[1]中規定輕鋼結構廠房只能設中、輕級工作制橋式吊車，且起重量不大于20噸。這時只要滿足吊車梁的強度和變形，同時在橫向水平剎車力的作用下滿足吊車梁的側向穩定要求即可，當有必要時可適當加大吊車梁上翼緣的寬度來保證其穩定性。不設置制動桁架不僅可以減少安裝工作量還可以降低造價。

4. 柱間支撐

一些輕型鋼結構廠房關于柱間支撐的設置多為角鋼剪力撐，每一肢均同時滿足受壓和受拉的長細比要求，這樣導致設計的柱間支撐截面較大。對于輕型鋼結構廠房的圍護墻體多為壓型鋼板加保溫材料，對柱頂的位移限值不是很嚴，并且吊車噸位不大，縱向水平剎車力也較小，盡管有風載和地震作用，可設置剪刀式鋼筋拉桿來替代角鋼剪力撐，剪刀式鋼筋拉桿只考慮受拉而不考慮受壓。鋼筋的直徑可根據縱向水平力之和來確定，但要求必須將鋼筋拉緊，使之能夠傳遞縱向水平力。用剪刀式鋼筋替代角鋼剪力撐給制作和安裝帶來很大的方便。

5. 主鋼材質的選用并非鋼材強度越高越省材料

在一些招標文件中經常見到要求鋼架材質為Q345鋼材的條款 ，這些建設單位認為材質的設計強度越高，構件尺寸越小，這樣就越省鋼材，就會降低造價。這種考慮有其局限性，不是對所有的鋼結構都實用。因為鋼結構在設計時要滿足考慮強度設計、剛度和穩定性要求，同時設計時需考慮的因素很多，如建筑物的跨度、高度、風載、地震烈度、場地類別和是否有吊車及吊車的噸位等。對于非地震區和地震烈度低的地區如果風載較小和跨度較大時，其構件的內力較大，這時以強度控制為主，這種情況下采用高強度的鋼材倒是可以降低造價；但對于地震烈度高而且風載較大地區，設計時往往是由剛度控制為主，材料強度即使再高也得保證構件有足夠的構件截面，才能有足夠的剛度滿足變形要求，此時如果還是采用高強度的鋼材，就會造成不必要的浪費了。

6. 雪荷載及活荷載的確定

設計人員在實際設計工程時一般都是采用軟件進行計算的，但模型、參數如何假定和采用最為關鍵，如荷載的選用問題，對于雪荷載，軟件一般都是按均布荷載輸入的，沒有考慮《規范》[2]中屋面積雪分布系數，對于雙坡屋面及高低跨相鄰的屋面，不考慮雪荷載的不均勻系數，會給工程帶來了安全隱患。尤其北方雪荷載是屋面的主控荷載，如何確定雪荷載分布參數就格外重要。因此在設計時尤其是在高低跨相鄰的鋼結構建筑物時即使程序沒考慮雪荷載的不均勻系數也得人為自行調整，以保證結構的安全。其次活荷載確定也是很關鍵的，如果說在計算整榀剛架時活荷載按《規程》[1]取0.3KN/m2還有據可查的話（雖然這與《規范》[2]中的0.5KN/m2有矛盾），那么在計算檁條等構件時，如果活荷載也按0.3KN/m2計算的話那就大錯特錯了，由此可見活荷載的選取也要根據對象來具體對待，這個可以在一些圖集（如中南標《門式剛架輕型房屋鋼結構（04ZG501）》）中就可以體現出來的。

7. 結束語

以上僅是本人在設計中的幾點心得體會，但愿能起到拋磚引玉的作用，愿各位同行從大局著眼，從細微入手，把鋼結構設計做得更加合理。

參考文獻

[1]CECS102：2002.門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程

[2]GB50009-2001.建筑結構荷載規范

[3]GB50017-2003.鋼結構設計規范

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