中交水运规划设计院有限公司
摘要：随着我国社会经济的快速发展和建筑行业的蓬勃兴起，轻钢厂房结构作为一种重要的建筑结构类型，日益受到业内的关注和重视。本文以轻钢厂房结构作为核心内容，围绕其结构分析、节点设计、支撑体系、刚架柱脚和檩条的设计方法展开讨论，指出轻钢厂房结构在实践中的应用优势，以期更好地指导建筑结构设计。
关键词:轻钢厂房；结构设计；方法分析
随着工业经济的发展，我国轻钢厂房结构得到了迅速发展，轻钢厂房建设越来越多。作业一种新兴的结构形式，轻钢厂房在建设过程中存在以下不足，包括轻钢厂房结构设计人员的匮乏、施工及管理措施不到位等，对轻钢厂房结构的施工质量和安全带来影响。因此，必须要重视轻钢厂房结构的设计，提高轻钢厂房结构的设计质量，为广大建筑使用者提供更好地服务。
一、轻钢厂房结构分析
1. 结构设计
轻钢厂房结构门式刚架如果选择轻型墙板作为外围防护结构时，需要充分考虑柱顶水平位移和柱高之间的比值关系。当没有设置吊车时其比值为1:75，当有设置吊车时其比值为1:150。对于支承压型钢板屋面和冷弯型的钢檩条，允许钢架倾斜弯度为受弯构件与水平角度之间的比值。
依据上述计算参数和控制因素对开始选择的截面进行程序应用计算，包括构件截面计算值进行验证。当然，在刚架结构平面对于柱的计算系数需要依据刚架柱和柱基的连接方式、截面形式完成，刚架结构平面刚架柱、梁的计算可以选择侧向支承点之间的距离，如果刚架柱、梁的受压翼元的侧向支承点距离不一致时，应选择最大受压翼缘侧向支承点距离[1]。
2. 节点设计
刚架节点的设计不仅需要明确刚架结构传力机制和适当的伸延性，同时还要考虑实际施工过程中遇到的各种情况，尽量做到简化和便于操作。刚架结构中螺栓端板的连接是通过刚架构件端部的截面焊接一块端板，将螺栓和另一构件端板或翼缘连接。
第一，依据刚架受力情况和构造特点选择连接形式和布置螺栓位置；第二，对螺栓所受的拉力大小进行计算，从而确定螺栓的直径；第三，计算端板的厚度和构件腹板的区域强度；第四，进行焊缝。由于刚架端板连接是半刚性连接形式，一旦刚架节点弯矩过大很容易导致结构破坏，因而必须要对端板连接位置和构件腹板区域进行加固。
3. 柱脚和檩条设计
平板柱脚具有构造简单、便于计算和易于施工的特点，因而在轻钢厂房结构柱脚应用较为广泛。在轻钢厂房结构设计相关规程中规定，刚接柱脚和设置的防震柱脚底部水平反作用力应该由柱脚底板和混凝土基础间摩擦力承载。
为了防止檩条出现单边稳定性不足而松动，可以选用冷弯带直角卷边型钢质材料，以连续实腹式檩条进行计算，檩条连接长度设置与具体结构作为依据标准，连接位置的两端和中间均需要采用螺栓。同时，在轻钢厂房结构的屋脊和屋檐端口檩条间设置撑杆或者斜拉条，防止檩条下端受风荷载作用而失衡。
二、轻钢厂房结构设计分析
1. 风荷载的取值分析
风荷载又称为风的动压力，是指空气流动对建筑工程结构所产生的压力，与基本风压、地形构造、地面粗糙程度、与地面相差距离、建筑结构等因素相关。对于轻钢厂房结构风荷载的取值计算过程中，有些工程在适用于轻型房屋钢结构技术规程的条件下，依然采用建筑结构荷载规范中的相关规定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
在轻钢厂房结构技术规程和建筑结构荷载规范中对于风荷载系数条件设置中，存在着较大的差异性。从总体上来说，轻钢厂房结构技术规程中的风荷载系数相对更大。由于竖向风荷载对于屋面梁产生的是向上的风吸力，需要通过抵御屋面自身的承重力后才能对轻钢厂房结构产生不利的影响。正常来说，横向风荷载对于结构本身都具有不利影响，因而轻钢厂房结构技术规程的风荷载系数相对更为开放。当然，必须要借鉴建筑结构荷载规范中的规定进行风荷载系数设计。
轻钢厂房结构设计中关于风荷载体型系数取值的规定，更适用于整体规模不大、存有小坡度的房屋建筑。
2. 带隅撑檩条的设计分析
在当前很多建筑工程结构设计中，关于带隅撑檩条包括带隅撑冷弯薄壁檩条的设计中，对于檩条承载作用力没有充分考虑隅撑受力的叠加，隅撑和檩条的连接也无法满足轻钢厂房结构的设计规范。
在轻钢厂房结构设计中关于翼缘宽度和厚度较大的柱子、横梁截面，如果需要依靠选择的隅撑用来支撑结构稳定时，这就说明薄壁型钢檩条已经无法保证连接的强度，抗弯压力也无法满足隅撑轴力的要求。因此，必须要加强带隅撑檩条的薄壁厚度和抗弯强度，从而满足轻钢厂房结构的实践功能。
3. 工字型截面柱、梁腹板高度厚度比取值分析
轻钢厂房结构工程在实践施工过程中，有的截面柱和梁腹板的高度和厚度比取值过大，致使在吊装施工过程中操作困难。在轻钢厂房结构设计相关规程中，对于工字型截面的柱、梁腹板的高度与厚度比值为250，设置要求较为宽松，其取值基于结构实际的受力状况。由于轻钢厂房结构规模不大、承载力强度不大，一般其高度厚度比值接近250会予以通过。
但是，在轻钢厂房结构的实际应用过程中，工字型截面柱、梁的稳定性不足，特别是在柱和梁节点区域的负弯矩段。所以说，轻钢厂房结构设计过程中，对于工字型截面柱、梁腹板的高度与厚度比值不能完全取值250，在某器械情况下比值还需要进一步减小。比如说，在受压翼缘扭转受到约束情况下，应充分考虑柱梁腹板弯曲后的受力强度，建议在负弯矩段截面柱、梁腹板的高度与厚度比值不应超过150-170。
4. 隅撑设计分析
隅撑作为轻钢厂房主要结构中应用于保持侧向稳定的构件之一，在轻钢厂房结构中发挥着和主结构相同的重要性。因此，在轻钢厂房结构设计过程中，必须要重视隅撑设计，充分保障隅撑在结构中的稳定作用。
隅撑强度和被支撑结构的长度宽度比、荷载形式、原始缺陷、支撑刚度、支撑形式、约束位置和数量等因素有关，对于不大的构件，支撑数量对于构件的强度和作用力没有影响。这就说明，隅撑支撑数量越多，个体支撑承载力相应越小，可以适当降低支撑结构的承载设计值。轻钢厂房结构设计规程中有关于斜梁下翼缘受压区域应设置隅撑内容，并规定间距不得超过对应受压翼缘宽度的16倍[2]。另外，需要每根隅撑、隅撑节点连接和相连的檩条在保证一定的强度，由于一侧隅撑受压、另一侧隅撑受拉，两侧受力不平衡，受拉一侧的隅撑不利于相对应的檩条，甚至于大大超出檩条的承受负荷。
5. 柱下独立基础设计分析
轻钢厂房结构在基础设计过程中，对于有些平面尺寸较大的柱下独立基础，其基础顶面素混凝土的抗裂设计存在一定的问题。在柱下独立基础中，如果柱底垂直方向内力很小而斜方向内力很大时，柱下基础底部会产生负应力，在这种情况下，柱下基础负应力区域一侧的地坪荷载、柱下基础土体和其本身承载力会对一侧产生向下作用的嵌固力。
在轻钢厂房结构中对于柱下独立基础设计当中，向下作用的嵌固力近似等于柱下独立基础自身重量、柱下基础土地重量和地坪重量之和。
三、结语
综上所述，轻钢厂房结构由于其自身结构特点，具有节省成本和节约时间的优势。钢材使用量得到缩减，设计安装时间得到控制，在建筑领域中轻钢厂房结构受到越来越多的认可。因此，对于轻钢厂房结构来说，要重视其设计理念和设计方法，做好结构、节点、柱脚和檩条设计，依据施工条件调整风荷载取值、带隅撑檩条、隅撑、工字型截面柱梁腹板高度厚度比取值、柱下独立基础相关参数，提高轻钢厂房结构设计质量。
参考文献：
[1]程火焰,轻钢结构单层厂房整体稳定性的影响因素分析，湖南工程学院学报(自然科学版),2012,04
[2]廖海斌，探讨荷载变化引起的门式刚架轻钢结构厂房加固设计方式，四川水泥,2014,08
论文作者:杜振辉,岳田
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/11
标签：结构论文; 檩条论文; 厂房论文; 轻钢论文; 荷载论文; 腹板论文; 截面论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;