带夹层门式刚架结构设计常见问题分析

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1、带夹层门式刚架结构设计常见问题分析吴渭（南京市市政设计研究院有限责任公司，江苏南京２１０００８）摘要：随着门式刚架结构的广泛使用，工程中越来越多的出现各种形式的带夹层的门式刚架结构，这种混合结构形式既不完全符合《钢结构设计规范》的规定，也不完全符合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的规定，在设计上存在较多需要明确的问题，该文主要从结构布置和结构计算两方面入手，分析了设计中存在的常见问题，并提出了相应的处理方法及设计建议。关键词：带夹层；门式刚架；结构设计；常见问题中图分类号：ＴＵ３９２．５文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－５７８１（２０１３）

2、０６－０７９７－０３自２０世纪９０年代以来，以门式刚架形式为主要受力结构的单层轻钢房屋在我国得到了极为广泛的应用，其自重轻、跨度大、用钢量低、抗震性能良好、施工周期短、相应的基础造价也较低，综合经济性好，成为目前我国钢结构房屋体系中应用最为广泛的一种结构形式。近年来部分业主为了达到内部使用面积的最大利用及考虑多种使用功能的合理组合，常常在门式刚架单层房屋内设置局部的夹层，由于夹层部分往往采用钢筋混凝土楼盖结构，使得这种结构体系的设计已经超出了门规［１］中所规定的适用范围，完全采用门规［１］进行设计并不合适，但同时由于其围护结构仍然采用彩钢板等

3、轻型围护材料，其非夹层部分依然具备普通门刚结构的受力特点，全部按钢规［２］的各项指标进行控制设计也过于严格，体现不出该结构的优势和经济特性，文献［３］专门就如何控制这种混合结构的经济性进行了分析。本文主要对这种结构形式设计中的常见问题进行分析，并结合实际工程提出相应的设计建议和优化措施。控制，在抗震设防烈度为７度的地区地震力往往不起控制作用，但一旦设置了这种夹层，其整体受力特征将发生较大的变化。图１带局部夹层的厂房立面模型图２带整体夹层的厂房立面模型对于图１所示的局部夹层布置，如果条件允许，应当将夹层与主体结构采用防震缝分开。因为当夹层结构与

4、主结构相连，由于夹层结构往往采用钢筋混凝土楼盖结构，自重荷载相对其他部位增大很多，在地震作用下由于刚心和形心的偏置而引起扭转，这就改变了门刚原有的平面受力特点，地震作用和扭转效应会产生较大的水平力传递给刚架柱，对刚架柱受力很不利。当不可避免的需要采用这种布置形式时，则必须采用整体建模对结构进行内力分析，同时设置相应的构造措施以减少夹层区地震作用对主结构的影响，文献［４－５］中建议在夹层周边设置较强支撑，将夹层产生的地震力直接传至自身的基础，同时在有夹层的屋盖上设置局部纵向水平支撑，并向两端各延伸一个开间，以协调夹层区域和非夹层区域的侧移。对于

5、一些特殊使用设计常见问题结构布置带夹层的门式刚架结构在工程中通常有两种：一１１．１种为局部的小范围夹层，一种为大面积的满布夹层，如图１、图２所示。普通不带吊车的标准门式刚架结构厂房多采用轻型围护结构，其自重很小，通常受风荷载及雪荷载收稿日期：２０１３－１０－３０；修改日期：２０１３－１１－０６作者简介：吴渭（１９８２－），男，江苏溧水人，硕士，南京市市政设计研究院有限责任公司工程师．《工程与建设》２０１３年第２７卷第６期７９７要求的局部夹层门刚结构，还应综合考虑工艺使用要求来进行夹层的布置，文献［６］中就对矿山厂房的局部夹层布置根据不同使用功

6、能做了分析。对于图２所示的满布的夹层结构形式，根据门规［１］执行。此时应根据下部结构的具体情况，考虑其对顶层柱底位移的影响。可以将此种结构形式理解为下部钢框架、上部门刚结构，在结构布置中应重点考虑上下层结构的连接构造，并采用整体建模对结构进行分析。对于以上两种形式在夹层结构梁布置时，同时还应注意由于Ｈ型钢平面内外的惯性矩差别较大，布置夹层梁时应尽量采用单向布置，使主要荷载作用在平面内夹层梁上，使下部夹层主要受力方向与上部结构均处于同一平面内，如图３所示。荷载倒算，不考虑其刚度。计算长度取值１．２．２模型的准确建立可以保证内力计算的准确，但是进

7、行钢结构设计时，其构件长细比和稳定验算都需要准确的计算长度取值，由于目前没有任何规范对这种混合结构形式的计算长度给出一个明确的方法，因此如何利用软件进行计算长度的合理计算是一个很关键的问题，同时也是这种结构形式设计的一个难点。目前国内规范对钢结构柱计算长度的确定方法主要有三种：①钢结构设计规范线刚度比方法。②钢结构设计规范阶形柱计算方法。③门规一阶分析法。这三种计算方法得到的计算长度差别较大，且适用的范围也不相同，方法①主要用于有侧移、无侧移标准钢框架柱的计算长度计算。方法②主要针对有吊车作用的排架柱确定阶形柱上下柱计算长度系数。方法③针对于

8、标准的门式刚架结构柱的计算长度确定。目前对于这种带夹层的混合结构计算长度如何取值，并没有一个统一明确的计算方法，只能根据具体情况具体分析。以采用ＰＫＰＭ软件进行分析