门式刚架轻型钢结构房屋支撑构件的设计研究论文_丁高龙

中冶华天南京工程技术有限公司 南京 210019

摘要:轻型钢结构具有很多的优势特征,被广泛应用。本文针对门式刚架轻型钢结构房屋支撑构件的设计做出了进一步探究,对门式刚架轻型钢结构房屋支撑体系的分类、支撑系统设计给出了详细的分析。

关键词:轻型钢结构;房屋支撑构建;设计研究

轻钢结构具有良好的经济性的特征,其材料的强度非常更高、生产非常便利、自重比较轻、抗震能力比较强。由于具备的性能和优势非常明显,被广泛应用在实践当中,并占据了很大的比重,发展的前景非常广阔。在钢结构教材和相关的书籍、实际设计的过程中,人们有些过于注重对主体结构的设计工作,对于支撑结构的设计,通常只是依照之前的经验或者对其它图纸当中的支撑构建进行套用。如果应用比较大的材料作为支撑的构件,会非常不经济。因此,本文针对门式刚架轻型钢结构房屋支撑构件的设计做出了详细的分析。

1、门式刚架轻型钢结构房屋支撑体系的分类

轻型钢结构房屋在钢架平面方向的抗侧移主要为钢架本身在平面当中的抗侧刚度进行提供的,其中的稳定结构为单榀刚[1]。在垂直于刚架平面的纵向,因为一般情况下,会将柱脚设置成铰接,因此在纵向当中,不管是单榀还是多榀刚架都不能对纵向的抗侧能力进行提供,在纵向风进行荷载的过程中,吊车当中的刹车纵向荷载作用下,纵向结构是非常不稳定的,为了对侧墙当中的纵向荷载作用进行传递,一般情况下,要对房屋的横向支撑进行设置,并设置好刚性系杆,以便把房屋上面的纵向力在钢架柱当中进行传递,之后在利用柱与柱之间的支撑力将其传递给地基。

通常情况下,对于支撑的应用,更多的是为了对结构的侧向荷载进行抵抗,可以为结构提供相应的刚度,使结构不会出现位移的情况,确保结构可以正常进行使用。但是,在以轻型化为特征的轻钢结构设计当中,钢架当中的梁以及柱截面都可以被设计成比较高并且薄的形式。但是在对墙梁和檀条进行广泛应用的过程中,需要应用的为冷弯薄壁型钢结构,这些构件通过荷载的作用,会出现一系列的稳定性问题。其中具体的表现为:受压翼缘在一定的压力作用下,会使平面失去稳定性,使构件发生弯曲。所以,在实际设计的过程中,一定要应用合理的支撑技术,对该类失稳问题进行避免。针对主钢架的梁柱,一般需要依靠墙梁与其进行连接的隅撑,提供相应的侧向支撑[2]。因此,对于支撑体系,可详细分为两类。其一为提供薄壁构件出平面失稳的体系;其二为提供纵向抗侧刚度的支撑体系。

2、屋面拉条以及撑杆的设置

2.1檀条的拉条以及撑杆

对于檀条拉条的设置,与檀条的侧向刚度有直接的关系。针对侧向刚度交叉的实腹式和平面桁架式檩条,为了将檀条安装和使用阶段的侧向变形以及扭转情况进行减少,为了进一步保障其稳定性,需要将拉条在檀条之间进行设置,将其作为侧向的支撑点[3]。如果檀条的跨度没有超过4M的时候,通常情况下可以不设置拉条;如果屋面的坡度超过了十分之一,檀条的跨度大于4M的时候,可在跨中进行设置;如果跨度大于了6M,需要在檀条跨度的三分点处设置拉条,并在屋脊和檐口处对拉条和撑杆进行设置,通常情况下,拉条的直径为10cm。

2.2撑杆的设置

对于檀条撑杆的设施,起到的主要作用为对屋脊和檐口、天窗缺口处的檀条向上或者向下两个方向的侧向弯曲进行限制。撑杆可应用钢管、角钢进行制作。当前,应用的最普遍的方式便是应用钢管内设拉条的做法,其中的构造十分简单,方便安装[4]。斜拉条和檀条腹板的连接处非常容易出现弯折的情况,其直段的长度不能太长,避免受到力的作用之后,出现局部弯曲的情况。斜拉条弯折点距离腹板边距要保持10-15cm的范围内,在对撑杆进行应用时,其撑杆的长细比验要严格按照压杆的要求。

3、支撑系统设计

设计资料:单层厂房应用单跨双坡门式钢架,其横向的跨度为18cm,柱子的高为5cm,一共有7榀钢架,柱与柱之间的距离为6CM,屋面的坡度为十分之一,柱网的平面设施以及钢架形式和几何尺寸如图一和图二所示。屋面以及墙面的檀条,应用的薄壁C型钢,其中檀条之间的间距为1.5M,屋面和墙面均应用了压型钢板,具体为Q235钢,其中荷载的取值包括:A:永久荷载的标准值为,单层压型屋面板为0.15;檀条为0.05;悬挂设备为0.10;共计0.25。B:可变荷载的标准值为,屋面活荷载与雪荷载当中的最大值是0.5;风荷载标准值为,基本风的压值为0.5,地面实际粗糙的系数为B类,所以依照B类进行取值;风压高度的相应变化系数。

3.1屋面水平支撑(SC)设计

屋面水平支撑位当中的柔性杆件,应用的为张紧的圆钢,其中水平支撑之间的间距应该为4.5米,依照一侧山体墙面作用受压风载的一半进行考虑。

其中,需要计算、节点荷载标准值、节点荷载设计值、水平支撑反力设计值、水平支撑要应用圆钢,截面的具体面积为A=154[5]。此外,还需要对强度进行校验,张紧的圆钢,并不需要对长细比的实际要求进行考虑。

3.2柱间的支撑

柱间支撑位的柔杆件,需要应用张紧的圆钢,根据两侧半跨山墙面风荷载的 1/2 进行详细的考虑。其中,要对节点荷载标准值、荷载设计值、支撑轴力设计值进行详细的计算,对于选择的圆钢,其截面的面积应该为 A=314.此外,还需要对强度进行校验,张紧的圆钢,并不需要对长细比的实际要求进行考虑。

3.3刚性系杆设计

对于系杆的设计,需要依照轴心受压实施相应的杆件计算。对于系杆杆端的压力,其具体的设计值要进行详细的计算,其中对于焊接钢管,应用的具体数值为i=3.93cm,A=1046,并且长和细的比值,一定更要满足相关的要求。此外,还需要对强度和稳定性进行校验。

3.4隅撑设计

隅撑设计应用的为角钢,隅撑依据轴心受压杆件实施相应的计算。其中,与檀条轴线之间的夹角一定要大于45°。

隅撑的轴力N,一定更严格相应的技术流程和规范当中的公式进行计算。其中,需要计算的包括中实腹式斜梁被支撑翼缘截面面积以及实腹式斜梁钢材屈服强度;实腹斜梁钢材的强度设计值以及隅撑与檩条轴线的夹角。

4、结束语

总之,在柱与柱之间的支撑反力结果可知,要对柱脚的预埋螺栓实施系统的抗拔验算,这样可有效预防柱子与柱子之间的支撑开间预埋螺栓出现拔断的情况。此外,因为荷载组合有很多的变化形式,在实际计算的过程中,不会将所有的情况都考虑进去,加之地震的情况十复杂,不能对其进行精确的阐述。因此,在实际设计的过程中,要对支撑的体系进行详细验算。最后,利用相关的分析可以得出,对于支撑体系的计算为十分关键的一项工作,但会增加很多的工作量,但是与工程的整个设计进行比较,对于支撑的设计只是很小的一部分,但是起到的效果却是非常明显的,对促进质量的提升,所以要给予高度的重视。

参考文献:

[1]徐东海.门式刚架轻型钢结构房屋支撑构件的一种设计方法[J].中国建筑金属结构,2006(6):23-25.

[2]程瑞,张克宁,熊丽.门式刚架轻型钢结构房屋支撑构件的设计[J].建筑工程技术与设计,2016(2).

[3]李志勇,戴建琪.探讨在厂房中门式刚架轻型钢结构的设计思路[J].四川建材,2009,35(6):78-79.

[4]王羡农,叶海燕.门式刚架轻型房屋钢结构优化设计探究[J].煤炭工程,2007(8):28-30.

[5]贺德昭,袁树玲.门式刚架轻型钢结构房屋设计浅谈[J].煤炭工程,2008(9):25-26.

论文作者:丁高龙

论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期

论文发表时间:2018/7/26

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门式刚架轻型钢结构房屋支撑构件的设计研究论文_丁高龙
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