新規(guī)下門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

新規(guī)下門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)摘要：新版《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》、《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》實(shí)施后，門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作發(fā)生了較大的變化。本文針對(duì)對(duì)新規(guī)下的門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載取值、框架梁平面外計(jì)算長(zhǎng)度、鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)、獨(dú)立柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了討論，并對(duì)其在軟件中的實(shí)現(xiàn)及操作要點(diǎn)給出了建議。關(guān)鍵詞：門式剛架鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值防火獨(dú)立柱基礎(chǔ)1引言門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)房屋具有優(yōu)秀的工程性能，如：質(zhì)量輕、地震反應(yīng)小、制作施工方便、綜合經(jīng)濟(jì)效益高等，是目前我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的鋼結(jié)構(gòu)。探討該類型房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如何做到安全、經(jīng)濟(jì)，具有相當(dāng)重要的意義，對(duì)該類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的論述也著述頗多。隨著《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022-2015、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017、《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》GB51249-2017、《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55001-2021、《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55006-2021等設(shè)計(jì)規(guī)范的頒布與實(shí)施，針對(duì)該類型房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作發(fā)生了較大的變化，規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作也提出了更高的要求。本文針對(duì)與新規(guī)實(shí)施有關(guān)的問題進(jìn)行了討論。1門式剛架適用范圍《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)門式剛架輕型房屋的定義：承重結(jié)構(gòu)采用變截面或等截面實(shí)腹剛架，圍護(hù)系統(tǒng)采用輕型鋼屋面和輕型外墻的單層房屋。該規(guī)范1.0.2條中明確該規(guī)范的適用范圍：房屋高度不大于18m，房屋高寬比小于1，承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實(shí)腹門式剛架、具有輕型屋蓋、無(wú)橋式吊車或有起重量不大于20t的A1~A5工作級(jí)別橋式吊車或3t懸掛式起重機(jī)的單層鋼結(jié)構(gòu)房屋。當(dāng)房屋高度過大，或吊車噸位、工作制級(jí)別超出規(guī)范的適用范圍，此時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行，應(yīng)該按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，荷載的取值則應(yīng)按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》執(zhí)行。2荷載取值門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的荷載包括：（1） 永久荷載：主要包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重（剛架、支撐、系桿、檁條、吊車梁等）以及附屬在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的屋面板、墻面板、設(shè)備吊掛等；（2） 可變荷載：包括屋面活荷載、屋面雪荷載、屋面積灰荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載。（3） 地震作用：（4） 溫度作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載取值需要注意：（1） 永久荷載計(jì)算時(shí)，應(yīng)特別留意設(shè)備吊掛荷載。面積較大的廠房可能采取機(jī)械排煙、消防水炮等措施，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留一定的吊掛荷載。該荷載按作用在剛架上設(shè)計(jì)，不允許作用在屋面檁條上。（2） 活荷載的不利布置應(yīng)區(qū)分屋面活荷載和屋面雪荷載。根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》4.1.3條，以及條文說(shuō)明，當(dāng)屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取0.5kN/m時(shí)，可不考慮該活荷載的不利布置。如圖1中“第1組互斥活荷載”為屋面活荷載，取值為0.3kN/m，因此需要考慮其荷載不利布置。需要注意，雪荷載不需要考慮荷載不利布置，只考慮其不均勻分布的不同工況。如圖1中的第2、3、4組互斥活荷載，分別為雪荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012表7.2.1中第7項(xiàng)的三種分布情況，此時(shí)可不勾選對(duì)應(yīng)的活荷載不利布置。圖1活荷載不利布置（3）《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》規(guī)定：4.6.5當(dāng)采用風(fēng)荷載放大系數(shù)的方法考慮風(fēng)荷載脈動(dòng)的增大效應(yīng)時(shí)，風(fēng)荷載放大系數(shù)應(yīng)按下列規(guī)定采用：1主要受力結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載放大系數(shù)應(yīng)個(gè)根據(jù)地形特征、脈動(dòng)風(fēng)特性、結(jié)構(gòu)周期、阻尼比等因素確定，其值不應(yīng)小于1.2；2圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載放大系數(shù)應(yīng)根據(jù)地形特征、脈動(dòng)風(fēng)特性和流場(chǎng)特征0-.7|等因素確定，且不應(yīng)小于I ，其中為風(fēng)壓高度變化系數(shù)。根據(jù)本條規(guī)定，計(jì)算門式剛架（主要受力構(gòu)件）時(shí)，風(fēng)荷載放大系數(shù)不應(yīng)小于1.2（此系數(shù)在通規(guī)出臺(tái)以前通長(zhǎng)設(shè)置為1.1）。在軟件計(jì)算時(shí)，應(yīng)在下圖2種，設(shè)置調(diào)整系數(shù)B不小于1.20。當(dāng)建設(shè)場(chǎng)地位于不利地形處時(shí)，此處調(diào)整系數(shù)可繼續(xù)放大。圖2剛架風(fēng)荷載放大系數(shù)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)（如屋檁、墻檁）時(shí)，通規(guī)出臺(tái)以前通長(zhǎng)設(shè)置放大系數(shù)為1.5。根據(jù)通規(guī)要求，此處風(fēng)荷載放大系數(shù)不應(yīng)小于二2d，其中,為風(fēng)壓高度變化系數(shù)。以地面粗糙度類別為B類，高度分別為10m和15m為例，計(jì)算求得10m高度處風(fēng)荷載放大系數(shù)為1.7,而15m高度處風(fēng)荷載放大系數(shù)為1.659。對(duì)于屋面檁條，應(yīng)以檐口標(biāo)高計(jì)算風(fēng)荷載放大系數(shù)，并對(duì)屋面檁條統(tǒng)一按最大值設(shè)計(jì)。對(duì)于墻面檁條，宜統(tǒng)一取風(fēng)荷載放大系數(shù)為1.7進(jìn)行設(shè)計(jì)。3框架梁平面外計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》第7.1.6條，實(shí)腹式剛架斜梁在平面外的計(jì)算長(zhǎng)度，應(yīng)取側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離；當(dāng)屋面斜梁和檁條之間設(shè)置的隅撐滿足下列條件時(shí)，下翼緣受壓的屋面斜梁的平面外計(jì)算長(zhǎng)度可考慮隅撐的作用：1） 在屋面斜梁的兩側(cè)均設(shè)置隅撐；2） 隅撐的上支撐點(diǎn)的位置不低于檁條形心線；3） 符合對(duì)隅撐的設(shè)計(jì)要求。此處“對(duì)隅撐的設(shè)計(jì)要求”即《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》第8.4節(jié)要求。新版PKPM計(jì)算軟件中提供了3個(gè)選項(xiàng)，即：1）按支撐計(jì)算；2）按隅撐作為支撐點(diǎn)計(jì)算；3）取支撐與隅撐支撐計(jì)算的較小值。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)建議采用第3種計(jì)算方案。設(shè)計(jì)時(shí)可以通過調(diào)整隅撐的布置距離、隅撐的截面大小、檁條的截面來(lái)調(diào)整隅撐的剛度，從而調(diào)整梁平面外計(jì)算長(zhǎng)度。圖3 考慮隅撐作用時(shí)隅撐、檁條的參數(shù)4鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)按照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014（2018年版）第3.2.1條的要求，比如耐火等級(jí)為二級(jí)時(shí)，鋼架柱應(yīng)滿足2.5小時(shí)、剛架梁應(yīng)滿足1.5小時(shí)的耐火極限要求。鋼結(jié)構(gòu)在無(wú)保護(hù)措施的情況下會(huì)隨著火災(zāi)的持續(xù)而快速升溫。由于鋼材在一定溫度以上時(shí)會(huì)大幅度降低其承載力，為了保證鋼結(jié)構(gòu)的安全，應(yīng)采取措施降低鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的升溫速度，使其在《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求的耐火極限時(shí)間內(nèi)，不至于因承載力喪失過多而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全失效?！督ㄖ摻Y(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》GB51249-2017第6節(jié)給出了鋼結(jié)構(gòu)在無(wú)防護(hù)措施和有防護(hù)措施情況下的升溫計(jì)算公式，第7節(jié)給出了鋼結(jié)構(gòu)在升溫后的承載力計(jì)算公式（承載力法、臨界溫度法）。一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)都需要采取防護(hù)措施才能保證其升溫速度不至于快到在耐火極限時(shí)間內(nèi)承載力喪失過多。門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋常用的防火保護(hù)措施一般為噴涂防火涂料，防火涂料分膨脹型和非膨脹型。《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》第4.1.3條規(guī)定，設(shè)計(jì)耐火極限大于1.50h的構(gòu)件，不宜選用膨脹型防火涂料?？紤]到非膨脹型涂料需要較大的厚度才能滿足計(jì)算需要，對(duì)于耐火極限為2.5小時(shí)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也可以采用高性能的膨脹型防火涂料。門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋主剛架的耐火計(jì)算可以在PKPM中實(shí)現(xiàn)，詳見圖4。招搖童竹墨復(fù)U招搖童竹墨復(fù)U把）部；礎(chǔ)抑L圖4防火設(shè)計(jì)參數(shù)5基礎(chǔ)設(shè)計(jì)由于門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋自重輕，因此其對(duì)地基承載力的要求較低，其基礎(chǔ)一般以獨(dú)立柱基基礎(chǔ)居多。當(dāng)持力層埋藏較深時(shí)，也可以采用地基處理方式處理的方式提高地基承載力，使其滿足獨(dú)立柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求。進(jìn)行獨(dú)立柱基設(shè)計(jì)時(shí)需要注意：（1） 門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋由于自重較輕，其柱底彎矩、水平剪力較大而豎向壓力較小，因此換算至基礎(chǔ)底面后的彎矩較大，壓力較小，此時(shí)計(jì)算獨(dú)立柱基時(shí)容易產(chǎn)生脫空區(qū)域。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第4.2.4條的要求，“其他建筑，基礎(chǔ)底面與地基土之間脫離區(qū)（零應(yīng)力區(qū)）面積不應(yīng)超過基礎(chǔ)底面面積的15%”。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意復(fù)核脫空區(qū)域是否滿足要求。（2） 對(duì)于基礎(chǔ)底面積較大的柱，可以通過調(diào)整基礎(chǔ)的長(zhǎng)寬比（不宜大于2）、基礎(chǔ)的偏心（一般向內(nèi)側(cè)偏心）來(lái)減小基礎(chǔ)底面積。（3）根據(jù)《建筑與市政地基基礎(chǔ)通用規(guī)范》GB55003-2021第2.2.4條第3款要求，地基、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行地基變形計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算。進(jìn)行獨(dú)立柱基礎(chǔ)設(shè)

計(jì)，可以在PKPM鋼結(jié)構(gòu)廠房三維設(shè)計(jì)模塊中導(dǎo)入單根剛架進(jìn)行計(jì)算后，再進(jìn)入PKPM基礎(chǔ)計(jì)算模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)獨(dú)立柱基礎(chǔ)的整體計(jì)算，并出具整體計(jì)算書，如圖5-圖6。三維計(jì)算不考慮廠房縱向計(jì)算時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)三維模型也可不布置系桿、支撐等構(gòu)件（圖5中無(wú)屋面支撐、柱間支撐），軟件僅進(jìn)行剛架方向的計(jì)算。圖5 鋼結(jié)構(gòu)廠房三維設(shè)計(jì)模塊導(dǎo)入單棉剛架t=L￡!uddm日日白她可七七臼，臼日Un日打日日l(shuí)HH!t=L￡!uddm日日白她可七七臼，臼日Un日打日日l(shuí)HH!部中MILK皚mu：利葉,嘵忙F(DEIElia日EIBEIEIGIiEI司EEEIEliaEI日EULH^圖5 鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)沉降計(jì)算結(jié)果5結(jié)語(yǔ)綜上所述，現(xiàn)階段鋼纖維混凝土憑借著優(yōu)良的抗形變、抗沖擊以及抗壓、抗拉、抗彎、抗剪、抗裂、抗疲勞性能，在路面工程領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用。由于不同道路工程存在差異，需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，選擇合適的施工方式、科學(xué)制定施工方案，對(duì)施工各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行管控，切實(shí)提升鋼纖維混凝土施工成效，保證工程建設(shè)質(zhì)量可靠，提高人們與車輛通行舒適性與安全性。參考文獻(xiàn):1《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022-20152《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-20173《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》GB51249-20174《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55001-202