摘要：就目前来讲，对于轻钢结构设计制作尚未有正式规范；同时与国外相比，我国的轻钢结构设计制作尚有诸多不足。笔者通过本文对轻钢设计制作中的问题进行了分析与讨论，希望能对此有所帮助。
关键词：门式刚架；轻钢结构；厂房设计
在轻钢结构的设计制作中，由于国情不同，国外公司通常按照其国内规范设计，因而与我国市场会有某种程度的差异。针对这种情况，北京与上海分别出台了《门式刚架轻型钢结构房屋设计规程》（CECS102：98）和《上海轻型钢结构设计规程》（DBJ08-68-97），为我国轻钢结构市场的发展做出规范，并极大地推动了轻钢结构设计的发展。
一、门式刚架柱顶水平向位移限值
门式刚架柱顶水平位移限值在CECS102：98 的表3.4.2-1中和 DBJ08-68-97 的表4.4.3中可以查得，两表中所得的数值规范并不相同，但并无太大差异，与GBJ17-88的表3.3.5中的水平位移限值相比，门式刚架柱顶水平位移限值的规范数值相对较大，轻钢结构与普通钢结构的区别就在于此。普通的门式刚架并无较大的高度，同时有较小的屋面荷载，因此对于此数值的规范较为合理，大大削减了钢材用量。然而随着国内将轻钢结构应用到厂房建设中，屋面板重量有了大幅度的减少，越来越多的大吨位吊车厂房开始将轻钢结构应用到厂房的设计和建筑中。但是目前国内轻钢结构设计与制作尚不成熟，也未积累充足的数据资料，因此在大吨位吊车厂房的设计施工中，采用CECS102：98与DBJ08-68-97各自的表中所取柱顶位移水平限值会出现一些不适用的情况，需要我们从实际出发，充分考虑施工现场情况，进行合理改进和完善。按照规定，轻钢厂房高度通常为10～20m，可设20～30t的桥式吊车。例如1000 t以上压力机的厂房轨顶标准高度大于12 m，其高度约为15 m。参照相关规定，本厂房柱顶在吊车有驾驶室的情况下，其位移限值为H/240，计算后为62.5mm；在地面操纵吊车时，其位移限值分别为H/150 或者H/100，即100mm或者150 mm。厂房柱顶水平向的位移值不应太大，若数值过大，则会对吊车作业有较大影响，导致厂房在使用过程中发生较大震动，由于轻钢结构的厂房屋顶较轻，因此与普通钢结构厂房相比，轻钢结构厂房的柱顶位移限值相对较大。但在吊车厂房中，在制定柱顶位移限值时，应充分考虑柱高的影响，对柱高水平位移的绝对值进行合理控制，从而对厂房正常使用做出保障。
二、高强度螺栓的应用
很多工程技术人员谈及轻钢结构时，往往认为其采用的高强度螺栓不是承压型，就是摩擦型。在钢结构梁柱的施工作业中，当螺栓连接处因屋面荷载较大而承受较大的剪切力时，其合理有效办法就是采用承压型和摩擦型的高强度螺栓作为节点处的摩阻力载体。然而在轻钢结构厂房中，往往由于屋面荷载较小，因此柱、梁相接处并无太大的剪切力，因此螺栓主要承受的是在梁截面受弯状态下作用于螺栓轴向的拉力，而非剪切力。在下图1中，弯矩值在第1节点处是很小的数值，与弯矩0点近似相同。同时屋面荷载较小，剪力相应也很小。在均布荷作用影响下，第2节点处为跨中的最大弯矩。剪力近似为0。这个时候第1和第2节点所受剪力都比较小，因此并无必要采用承压型或者摩擦型的高强度螺栓，此时可选择较高强度的普通螺栓，将其紧固来承受剪力与拉力螺栓的受力大部分来自弯矩所产生的压力。CECS102：98与 DBJ08-68-97 两种规程及时对普通螺栓做出了8.8级螺栓抗剪、抗拉强度设计值的规定，并较好地国内轻钢结构的螺栓连接要求相适应。
图 1 连接节点位置示意图.png)
第3节点处，以下图2的三种方法将梁端和柱顶相连，在使用条件与屋面荷载相同的情况下，方案（c）结构体对连接面施加的垂直剪力最大。对于普通的轻钢结构厂房来说，其结构体产生的实际垂直剪力往往由于悬挂荷载、活荷载和屋面自重的作用并不会有很大数值。以柱距8.0 m，跨度为30 m的工程为例，以方案（c）所示方法进行连接：
柱顶内力值为：N=65 Kn
V=91 kN
M=550 kN·M
通过计算，节点受弯时产生的拉力需用 16M22，8.8 级螺栓来承受，用 2 个普通螺栓承担 91kN 的垂直剪力即可。
图 2 梁、柱连接的三种不同方案.png)
在国外的实际工程施工中，普通螺栓连接方法或与其近似的方法已被诸多公司采纳，如 Butler、ABC 等等。在国内，行业内的固有观念是高强度螺栓就是承压型和摩擦型，并着重考虑摩擦系数和张紧力，而对轻型屋面下弯矩所产生的主要作用力，而非以连接处产生的垂直剪力为主的情况有所忽视。在 CECS102：98 与 DBJ08-68-97 两种规程中对此作出的相关规定，提供了轻钢结构连接计算的依据，为轻钢结构设计工作带来很大便利。
三、节点构造
在单层刚架厂房设计中，往往对基础与柱子连接处设计为铰接方式，横梁与柱子则设计为刚接方式。但是由于客观因素的多变性，设计方案与实际施工状况会有一定程度的不符。以吊车厂房或多层刚架厂房屋面梁与上柱的连接为例，其上柱截面高度通常比梁端截面要小。施工方虽然按照固接结算标准对连接节点进行设计，并采用了高强度螺栓，但是柱顶截面高度远远小于梁端截面，其刚度的差异很大，柱子由于较小的刚度不能有效对梁产生嵌固作用，因此就达不到设计要求的刚性，连接节点看似固接，同时又倾向于铰接的状态，这必然导致增大梁的挠度，实际跨中弯矩值也随之增大，进而极大影响了结构体的承载能力和正常工作状态，甚至会对刚架结构的几何不可变性产生影响。这实际上是设计刚架结构整体受力状态时出现的误差。因此，必须保证柱子刚度，进而有效对柱顶处梁端施以嵌固作用。
四、结语
以上是关于钢结构厂房设计的几点思考，笔者对轻钢结构施工过程中的一些问题展开探讨，提出了自己的看法，希望能对提高施工技术有所帮助。
参考文献：
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[2]刘春刚，孙雨宋，秦学东.钢结构支撑框架结构体系在火力发电厂主厂房设计中的应用[A].2010全国钢结构学术年会论文集[C].2010.
论文作者:魏溢
论文发表刊物:《基层建设》2016年23期
论文发表时间:2016/12/8
标签：轻钢论文; 厂房论文; 结构论文; 螺栓论文; 位移论文; 剪力论文; 节点论文; 《基层建设》2016年23期论文;