[关键词] 框架结构；坡屋面；轻型门式刚架；结构构造；结构施工图
0 前言
结构设计分为上部结构设计和下部结构设计。结构上部结构设计是结构师根据建筑物的功能要求，进行结构选型、布置相应结构构件，计算分析结构布置的合理性。结构下部设计是指天然地坪以下的结构设计，设计依据为工程的地质条件和现场场地布置及施工条件设计基础。
1 结构初步设计
结构初步设计是结构师按照配合方案进行结构选型，建筑轴网布置结构构件，估算构件截面尺寸。现浇框架结构梁柱节点为刚接，整体性、抗震性好。
框架梁高为跨度1/12~1/8，梁宽为梁高1/3~1/2。框架柱轴压比控制着柱截面积且柱边长大于等于300mm，框架抗震等级一、二、三、四级对应的轴压比限值分别为0.65/0.75/0.85/0.95。根据柱的负荷范围估算柱轴力为Nc，N=1.2Nc，配筋率ρ，柱混凝土强度fc，钢筋强度等级fy，根据公式N=Ac*fc+ρ*Ac*fy可以估算柱截面积A。框架柱轴压比为N/[fc*A]。
现浇混凝土板厚估算：单向板为跨度的1/30，双向板为跨度的1/40，悬挑板为跨度的1/12。现浇板式楼梯踏步荷载直接传给梯段板，梯段板传给平台梁，平台梁传给楼梯柱板式楼梯梯段板板厚为梯段水平跨度的1/27。
轻型门式刚架抗震性能大于单跨混凝土框架结构，现场安装方便，门式刚架屋面坡度为5%~10%。钢屋盖包含屋面、屋架及支撑。钢屋架坡度大，易于排水。
轻型门式刚架维护系统为屋面压型钢板，屋面檩条，墙板，墙梁，抗风柱。承重结构系统为刚架梁、刚架柱，基础短柱，基础。支撑系统为柱间支撑，屋面支撑，拉条、斜拉条、撑杆、隅撑。柱间支撑与屋面支撑和刚架一同构成稳定空间体系。
轻型门式刚架柱脚为铰接，梁柱刚接，一榀钢架形成一个几何不可变的稳定结构。有超过5吨吊车的刚架柱脚改为刚接。
本工程为安徽某集团的科研质检中心、安环大楼、成品仓库结构设计。安环大楼选用现浇混凝土框架结构，纵横向框架承重方案，总长为90m>55，设1道伸缩缝。梁跨度为8.5m，梁截面取值为250mmX750mm；恒载按12kN/m2估算，活载取2.5kN/m2，柱负荷范围为8.2mX8.5m，取配筋率ρ=1%，本工程为四级框架，轴压比限值为0.9，柱截面取值为400mmX400mm。楼层板厚为120mm，梯段板跨度3.920m，板厚150mm。
科研质检中心选用现浇混凝土框架结构。增加2道变形缝分割为3个单体，各单体平面布置规则，满足抗震要求。科研质检中心右侧部分大厅为单跨，跨度为24m，且屋面坡度为30%，采用三角钢屋架。
成品仓库选用轻型门式刚架结构，总长110m，总宽54m，两跨刚架跨度27m，不设伸缩缝。刚架柱柱距为11m。山墙每跨布置2根抗风柱，间距为9m。在刚架两端跨及中间跨设置柱间支撑，相应跨屋面设置屋面水平支撑。
2 结构计算分析
结构计算分析是通过结构计算软件建立结构计算模型，根据建筑功能及墙体位置布置相应的荷载，调整设计参数进行结构计算分析，满足规范要求。先调整整体指标如地震周期位移指标不合理，查找指标异常相应位置并及时调整；后复核配筋信息，如调整个别超配筋构件截面积并计算通过。
轻型门式刚架受压构件长细比限值为180，其他构件及支撑为220。门式钢架梁竖向挠度限值为1/180，檩条竖向挠度限值为1/150，墙梁水平挠度限值为1/100。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当构件长细比超限时，减小构件长度或增大截面积。无吊车且采用轻型钢墙板时刚架柱顶位移限值为h/60。侧移超限，通过增加钢梁和钢柱的截面高度保证刚架侧向刚度的增加。当钢梁抗弯强度超限时调整钢梁高度；当钢梁抗剪强度超限时调整钢梁腹板厚度；平面外稳定超限时增加梁宽；平面内稳定超限时增加梁高。
安环大楼通过PKPM结构计算软件，进行计算分析结构模型。楼层最大位移与层高比<1/500，楼层最大位移比<1.2，满足规范要求。
科研质检中心，为单层坡屋面框架结构。通过PKPM建立两个模型，平屋面模型和斜屋面模型，模型计算高度输入为楼面到1/2斜坡。先通过平屋面模型计算整体指标，查找是否异常，并调整模型。然后按照调整后构件截面建立坡屋面模型进行计算复核，并调整相应平屋面模型。坡屋面模型折板处布置虚梁进行斜板封口。配筋采用两模型包络值。
成品仓库选用轻型门式刚架结构，通过PKPM软件STS模块，门式刚架三维设计输入跨数，设置中跨和边跨两种标准跨刚架，边跨包含抗风柱。布置系杆，在屋面布置中按雪荷载不均匀分布布置屋面檩条、拉条、斜拉条及隅撑。在墙面布置中布置墙面檩条、拉条、斜拉条及墙面隅撑，在两端跨和中间跨布置柱间支撑，避让仓库门所在的开间，相应跨布置屋面支撑。计算分析模型。选取单独跨，进行门式刚架二维计算，并调整构件截面。轻型门式刚架屋面雪荷载不均匀分布选用当地100年雪压。轻型门式刚架屋面荷载较小，在抗震设防烈度7度（0.1g）以下，不需要进行抗震验算。
3 结构构件设计
结构构件截面设计是根据配筋计算结果，按照计算裂缝宽度合理布置钢筋，裂缝宽度验算是根据正常使用极限状态采用恒载标准值与活载准永久值的组合。框架梁也需要满足构件挠度验算要求。
基础设计需要结构师参考本工程的勘察报告，看到推荐持力层，抗浮水位，选择基础的类型，确定基础埋深。最后布置基础并计算配筋。
构件节点大样设计是节点的构造连接。如电梯基坑大样，檐口大样，墙身线条大样，电梯吊钩梁大样，电梯顶翻边，雨棚大样，后浇带大样。刚架柱脚大样，钢梁拼接大样等。
4 结构施工图绘制
设计最重要的环节是绘制结构施工图，结构施工图是结构工程师的成果。施工单位通过图纸了解设计师的设计意图，图面表达要规范、简洁明了。
结构施工图包括图纸目录，结构设计总说明，基础布置图，各层梁板柱配筋图，楼梯图，大样图。轻型门式刚架结构图纸中有钢结构设计说明，基础及短柱布置图，柱脚锚栓布置图，屋面结构布置图及详图，柱间支撑布置及详图，刚架立面图及详图，屋面檩条布置图及详图，墙面布置图及详图。
结构设计总说明是图纸第一页，施工方可以通过结构设计总说明全面的了解图纸的内容。结构设计总说明中有工程概况（包含建筑面积、建筑高度，工程所在地理位置），结构形式，抗震等级，基础形式，场地的地质条件及水文条件，部分可变荷载取值，结构设计依据，常用构造大样的通用做法。钢结构设计说明中另外包括钢材的选型，钢构件的连接（焊缝连接和螺栓连接），钢结构的防火防腐，钢材的吊装拼接。
5 总结
建筑物设计过程中，结构设计师全力支持配合建筑专业，达到安全、适用、经济、耐久。结构设计中结构布置要受理明确、传力直接，强柱弱梁、强剪弱弯。
参考文献
[1] GB50068-2018建筑结构可靠性统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2019.
[2] GB50011-2010建筑抗震设计规范（2016版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[3] GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[4] GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[5] GB51022-2015门式刚架轻型钢结构技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
[6] GB50017-2017钢结构设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.
论文作者:孙昌昌
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷第18期
论文发表时间:2020/1/14
标签：屋面论文; 结构论文; 结构设计论文; 构件论文; 大样论文; 截面论文; 跨度论文; 《建筑实践》2019年第38卷第18期论文;