对轻钢屋盖结构体系常见设计误区的讨论.pdf

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1、Doors&Windows建筑规划与设计建筑规划与设计对轻钢屋盖结构体系常见设计误区的讨论郑勇巴特勒（上海）有限公司摘要：轻钢屋面钢结构厂房因其具有轻型屋盖这一特点，很多工程技术人员会按GB51022—2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(以下简称“门刚规范”)要求去设计此类结构，审图过程中经常会遇到一些因梁柱的高厚比、宽厚比或梁的挠度、柱的侧移不能满足GB50017—2003《钢结构设计规范》(以下简称“钢规”)或GB50011—2010《建筑抗震设计规范》（以下简称“抗震规范”）而未获通过的情况。2010版“抗震规范”实施以来

2、，这样的问题显得更加突出。本文就“混凝土柱+钢梁”这种轻钢屋盖结构体系的力学模型进行了分析以及对如何合理设计作出了相关论述，并从经济角度对该结构做法提出了建议，期望对我国这方面的设计起到参考作用。关键词：门式刚架；钢屋盖；混凝土柱1引言相关比较数据如表1：随着经济的发展，人们对建筑提出了更多要求，轻钢结构表1作为一种承重结构，以其自重轻、跨度大、工业化装配程度高、M1㎡M3FXFY△1△2工期短、经济、绿色环保等优点，已被越来越多应用在厂房和（kN·m）（kN·m）（kN·m）（kN）（kN）（mm）（mm）办公建筑中。不过，目前我国轻

3、钢结构仍处于初级阶段，对轻钢体系实际适用范围的界定还不太明确，各种变种的结构体图387298613512.1128117.45.80图4402282--94412854.6--系均被当做轻钢结构进行设计，使得该按抗震要求设计的未图1为实际受力模型，图2是将结构简化为支座铰接的单能按抗震去设计，这大大增加了结构的不可靠性。结合“抗震跨双坡简支梁模型。从图3和图4中可以看出，两者的弯矩图规范”，本文就轻钢屋盖“混凝土柱+钢梁”结构体系设计过程形状有较大的差别，图3最大弯矩所在位置为跨中，而图4的中的一些注意事项进行了论述。最大弯矩不在跨中，

4、且最大弯矩相差一倍以上，挠度图虽然形2“混凝土柱+钢梁”结构体系的论述和分析状差别不大，但跨中挠度相差也在一倍以上，且从位移图中可2.1力学模型以看出图3中混凝土柱有近6mm的水平位移，从表1中可以看出，图4水平推力很大，达到944kN,而图3水平推力很小，两者竖向反力相同。这说明在均布荷载作用下，二个模型计算结果差异很大，主要原因是简支单跨双坡屋面梁在竖向荷载作用下，其力学特性类似于拱的力学特性，所以钢梁2.2计算假定内轴力很大，反映在支座上就是水平推力大，而且随着坡度的1)钢梁跨度：30m；2）檐高：10m；3）坡度：5%；4)柱距

5、：8m；5)增加，水平推力会相应的增加。所以用图2简支单跨双坡屋面屋面恒载：0.3kN/m2；6)屋面活载：0.3kN/m2；7)风荷载：0.5kN/m2；梁的简化模型代替图1实际模型是不合理的。8)混凝土柱截面：600×500，设计分析软件：PKPM/STS。2.3常见设计概念误区及分析图1为典型的单跨双坡“混凝土柱+钢梁”结构体系。由于从外形上看酷似门式刚架结构(仅柱为混凝土柱),设计过程中很多工程技术人员把此结构按“门刚规范”去验算，钢梁挠度按常规的L/180控制；钢梁与混凝土柱子在连接方式上无论混凝土柱柱顶是否设钢短柱，设计时一

6、律按梁柱铰接体系去考虑，甚至有为图方便者，将结构体系简化为图2所示模型去计算钢梁的截面，随意性比较强。按以上方式设计此类结构体另外，混凝土柱子与钢梁连接是否在混凝土柱顶设钢短系，审图一般会因：1）钢梁未按《抗震规范》要求考虑板件的宽柱，钢短柱与混凝土柱采用刚接还是铰接，建模时也要如实反厚比；2）钢梁挠度按L/180控制不满足《钢结构设计规范》；3）映出来。计算模型与图纸表达不符等原因未能通过。2.4设计建议以上的做法是对规范适用范围理解不透和对结构受力分2010版“抗震规范”实施以来，对于“混凝土柱+钢梁”结构析不当、力学模型简化有误而

7、造成的设计错误。门式刚架适体系的设计规定更加明确了。7度及以上设防地区，钢梁设计用以下三个条件：1）主要承重结构为单跨或多跨实腹式门式应严格按“抗震规范”验算，其板件宽厚比可分别按“高延性，刚架；2）轻型屋盖、轻型外墙；3）无桥式吊车或有起重不大于低弹性承载力”或“低延性高弹性承载力”的抗震设计思路来20t的A1-A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机。显然“混确定，详细规定可见“抗震规范”9.2.14条说明。板件的宽厚比凝土柱+钢梁”结构不属于门式刚架范围之内，而应按“钢规”不仅是保证框架延性的关键指标，更重要的是影响单位面积为依据。

8、设计时力学模型应完整的反映其实际受力情况，简耗钢量的关键指标。在设计过程中，考虑到节省用钢量，如果化的计算模型正确与否所带来的结果差异是很大的。这里对严格按“钢规”控制板件宽厚比，尤其是腹板，是比较浪费的。