黄秀文
深圳市现代城市建筑设计有限公司大庆分公司
【摘 要】随着社会的发展，经济、科学、技术均得到了显著的发展，在建筑工程中也应用了各种新技术与新设备。在采用轻钢屋面设计建筑工程的过程中，我们绝不能够引用传统的全钢结构屋面来对其进行设计，不能只是将门式钢架中的钢柱转变为混凝土柱，更不能够根据混凝土工程来对其进行计算，因为这样做并不能够达到施工的目的，不利于工程的正常使用。本文就混凝土柱轻钢屋面厂房设计方法进行分析，以供参考。
【关键词】混凝土柱；轻钢屋面；厂房设计
引言
能源与资源是促进国家健康发展的必备条件，然而由于我国资源能源相对比较缺乏，导致我国面临着非常大的压力。为了缓解这一压力，促进国民经济与社会经济的快速发展，国家需要坚持科学发展观，从可持续发展的角度来实现国家的发展，尽量降低资源与能源的消耗。目前，我国正在大力倡导节能环保，建设节约型社会已经成为我国发展的必然趋势，不管是钢结构产业还是施工单位，都必须要实现可持续发展战略，向节约型社会不断发展。建筑行业是近年来发展最迅猛的行业之一，已占据市场的主导地位。在建筑工程建设过程中，越来越多的施工单位将新型的构架模式应用在其中，以提高其稳定性，满足人们的要求。随着人们生活水平的提高，传统的钢架结构已经无法满足人们的要求，轻钢屋面应运而生，引起具有美观、实用等优点而受到业界人士的广泛关注与青睐。
一、屋面主要结构的受力情况
新技术、新设备已随着社会生产技术的发展而不断涌现，轻钢屋面厂房也顺应了社会及人们的要求而不断发展起来。在其设计与施工过程中，轻钢屋面厂房具有钢结构跨度大、成本低、施工工期短等优点，并且其承载力非常大。轻钢屋面主要是采用钢梁以及檩条作为主要结构而形成的一种新的结构方式，在其设计过程中，我们一般是将其荷载直接从钢板传递到檩条之中，然后再由檩条直接传递到钢梁，最后传递给柱与基础层当中，这样能够有效的保证屋面结构的稳定性。在混凝土柱与钢梁连接的过程中，由于与其他材料的连接方式存在差异，因此在实际工作中我们很难将其作为刚接，在对其计算的过程中，应该尽量将其简化为铰接的方式进行，如此一来，就可以直接将钢梁转变为简支梁，简化了其连接方式。虽然钢梁的强度大小可以根据相关公式计算出来，但是其稳定性则需要通过其构造来进行确定。而混凝土柱则是用来支撑钢梁底面的，一般情况下，我们还可以在混凝土与钢梁之间的连接处来用钢梁来进行连接。
二、混凝土柱轻钢屋面厂房的计算程序
在对混凝土柱轻钢屋面厂房设计过程中，我们仍然是以STS规范中的门式钢架来进行极端的，其模型的建立程序与门式钢架的设计类似。但是我们很难采用刚接的方式将混凝土柱与钢梁进行连接，所以只有采用铰接的连接形式；与其不同的是，普通门式钢架结构与钢梁之间都会采用刚接的形式，正是由于连接的方式存在差异，导致混凝土柱轻钢屋面厂房的设计与普通门式钢架存在差异，因此在设计的过程中，我们不可能将普通门式钢架的钢柱转变为门式钢架结构的钢柱，只有根据其实际情况来对其有针对性的设计。
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三、连接方式与规范的选择
在整个建筑工程中，屋面的支撑并不是建筑工程的主要受力点，但是却是屋面承重的主要构成部分。在设计结构的过程中，可以适当的设置一个支撑体系，一方面可以使建筑物变得美观，达到节能的目的，另一方面还能够提高屋面受力构件的强度与稳定性，从而保证其质量。一般情况下，混凝土柱与钢梁的连接都会采用铰接的形式，而在混凝土柱底部则会采用刚接形式，而在中间混凝土柱与钢梁的连接处一般会采用钢梁的连接形式。通过分析发现，这种结构形式已经远远超过规定的范围，因此我们只能够选择单层钢结构的类型。如果建筑工程所在地属于地震区域，那么工程师还应该对建筑工程的抗震性能进行计算。程序会自动按照抗震规范第九章关于单层钢结构的规定进行控制；混凝土柱应按混凝土结构设计规范进行设计，满足混凝土结构设计规范相应要求，钢梁应满足钢结构设计规范相关要求，当采用工形变截面梁时，建议梁构件承载力的校核采用按门式刚架规程进行校核，以考虑轴力的影响与变截面梁的稳定计算，但局部稳定应满足钢结构设计规范、抗震规范的要求。
四、整体设计
1、混凝土柱与钢梁的铰接连接处理
一般存在三种连接构造处理：完全抗剪连接构造，这种连接构造能够把梁端的推力以剪力的方式完全传递给混凝土柱；完全滑移连接构造，这种连接构造容许梁端相对混凝土柱顶自由滑移，梁端的推力由于相对的滑移而释放，作用力不传递给混凝土柱；介于以上二者之间的部分滑移连接构造，这种连接构造容许梁端相对混凝土柱顶有一定的滑移量，梁端的推力由于相对的滑移而部分释放，剩余作用力以剪力的方式传递给混凝土柱。
2、三种计算模型的内力分析
分析时采用的是铰接完全抗剪模式，实际处理时处理成了长圆孔等滑动支座形式，这会导致钢梁的强度应力比、挠度等计算结果严重偏小，同样给钢梁的设计带来不安全隐患。
3、程序的处理
考虑到混凝土柱与钢梁的不同构造前提，连接也可以通过设置混凝土柱的柱顶不同约束情况来实现。对于定义完全滑移与部分滑移的分析模型，必须保留一个梁端为完全约束的普通铰接节点，否则会出现分析上的可变体系，使分析无法进行。在定义完全滑移或部分滑移约束的情况下，程序分析结果中，在查看该混凝土柱的构件信息时，能够发现程序实际分析出来的滑移量，根据分析结果可以用来处理设置滑移的节点构造。
4、施工图的处理
门式刚架施工图程序中，能够根据整体分析的结果，处理这类节点及钢梁的施工图。在容许滑移的连接节点施工图中，底板设置长圆孔，长圆孔标注的长度尺寸为支座底板相对于支承面的容许滑移距离。为保证滑移的顺利进行，垫板与底板之间不应施焊，底板于混凝土柱顶接触面处理应保证支座底板与支承面间在容许距离内自由滑动。对于限制滑移量的连接节点中，当滑移量达到容许距离时支承面应设置可靠抗剪措施，限制继续滑移，使剩余剪力能够完全传递给柱。
五、结束语
轻钢屋面结构的发展之门已经打开，可以预言21世纪轻钢屋面发展前景的广阔。轻钢屋面结构设计着重以安全、合理、可行、经济为原则，设计人员不仅要按规范设计，还要同当前具体实际情况紧密结合起来，例如钢材的质量指标、焊接技术、安装工艺等进行综合考虑；除了满足强度的要求外，还要注意各种构造措施的运用，理解它的受力原理是做好结构设计的关键。
参考文献：
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[2] 王元清，王春光.门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究[J].工业建筑.1999（06）
[3] 汪红敏，吉葆丽.门式刚架轻型房屋钢结构设计探讨[J].包钢科技.2007（03）
论文作者:黄秀文
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/8/30
标签：钢梁论文; 屋面论文; 混凝土论文; 轻钢论文; 钢架论文; 钢结构论文; 过程中论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;