门式钢结构设计5大注意点
门式钢结构设计5大注意点⑴门式钢结构设计应首先确定是否有吊车,如厂房工艺要求需要布置吊车,则应注意以下几点:①柱脚应设计成刚性柱脚;②柱应设计成等截面柱;③柱间支撑应由吊车纵向水平荷载控制设计,而不是简单的构造设计,当有不小于5t的桥吊时,宜采用型钢支撑。如门式钢结构设计无吊车,则按楔形柱等常规设计,不再赘述。
柱间支撑与屋面支撑应布置在同一柱间,使钢结构纵向形成稳定体系,便于钢结构安装且增加纵向刚度。支撑应布置在第一柱间或第二柱间,当布置在第二柱间时第一柱间相应布置刚性系杆,且刚性系杆与抗风柱沿纵向位置一致,使风荷载直接传递。在钢结构转折处(单跨房屋边柱柱顶及屋脊以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊)应沿房屋全长设置刚性系杆。当门架的跨度较大时,在布置支撑的柱间,应适当增加刚性系杆的数量,使支撑的夹角在45°左右。当受建筑功能限制无法布置柱间支撑时,应布置纵向钢结构。本人就曾经做过一个在端部柱间做刚接钢梁,从而取消柱间支撑的工程,使建筑布置更加灵活,应用效果良好。
⑶屋面、墙面构造
屋面及墙面构造措施是增大钢结构刚度,防止钢结构平面外失稳的关键措施。檩条、墙梁一般由冷弯薄壁构件制成,当柱距小于6m时,设一道拉条,大于6m时,设两道拉条。在这里应特别提到斜拉条,在校图过程中,常常可以看到许多钢结构厂家或设计者设斜拉条而不设撑杆的情况。原因是结构概念不是很清楚,因为通过结构力学知识,在斜拉条间设置撑杆,方可形成稳定体系。在屋面、墙面设计中还应注意隅撑布置,隅撑不是可有可无,它是为防止受压翼缘屈曲而设置。研究表明门式钢结构设计的破坏首先是由于受压很大翼缘屈曲引起的。斜梁下翼缘与钢结构柱内翼缘连接处是出现屈曲的关键部位,该处设隅撑十分重要。另外,《门式钢结构设计轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002(以下简称CECS102:2002)中规定:在斜梁下翼缘受压区亦设置隅撑,其间距不得大于相应受压翼缘宽度的16(235/fy)0.5倍。按一般的门式钢结构设计,檩距1500mm左右时,隔一个檩条设一道隅撑可满足上述条件。
⑷抗剪键
《CECS102:2002》中规定:柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力,水平剪力可由底板与混泥土基础间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设抗剪缝承受。这就是我们计算门架时,往往出现警告提示:“柱脚需要设抗剪!”
分析上述原因,主要是门架结构一般自重较轻,柱脚底板与基础混凝土间的摩擦力较小,不足以抵抗水平的风荷载与地震作用,所以应设置抗剪键。抗剪键一般用角钢或工字钢制成,其截面与焊缝的抗剪承载力应进行计算,柱脚底板与基础表面间的空隙进行二次注浆。具体做法可参考《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》01SG519图集中第30页大样1、2的做法。
⑸柱脚锚栓的安装定位
这是设计人员往往忽视的问题,而在实际工程中锚栓定位不准确造成钢结构或框架安装困难的工程案例比比皆是,本人也遇到过这种情况,后来不得不加固处理。分析原因,主要是锚栓之间无连接,整体刚度差,在浇筑混凝土的过程中锚栓难免移位。针对上述原因,采取浇筑混凝土前预埋柱脚锚栓固定支架处理,具体做法见图1。固定支架与锚栓形成一个小的格构柱,这样锚栓的定位就方便准确了。⑹抗风柱与钢结构的连接目前门式钢结构设计的抗风柱设计存在两种错误的做法:一种是将抗风柱与钢结构做成一样,抗风柱与钢结构梁或铰接或刚接,抗风柱既参与抗风又参与竖向荷载作用及横向水平作用。而设计人员往往又不做这样钢结构的纵向抗风验算。这样做是漏算荷载的,是工程设计的一大忌。本人认为一个受力明确的排架结构不应让它的受力复杂化。这种做法是欠妥的;另一种做法是抗风柱与钢结构在一条轴线上,但不考虑抗风柱受竖向荷载作用,抗风柱与钢结构梁之间用一块钢板通过焊缝相连。这种做法仍然将一部分竖向荷载传给了抗风柱,而且钢板的侧向刚度很小,在竖向荷载的作用下发生屈曲后就很难保证有效地传递风荷载了。以上两种做法都存在弊端。在这里推荐以下做法:
采用厂房做法定轴网,第一榀钢结构轴线与抗风柱错开500～600mm,抗风柱翼缘通过连接板与钢结构梁腹板加劲肋相连,且连接板及加劲肋上开竖向长圆孔,连接螺栓采用普通螺栓,做法见图2。图2 抗风柱与钢结构连接大样
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