轻型钢结构房屋设计问题的探讨

杨凤第,等:轻型钢结构房屋设计问题的探讨

轻型钢结构房屋设计问题的探讨

杨凤第　周永麟

(新疆光正钢结构工程技术有限责任公司　乌鲁木齐　830026)

杨　桦

(天津三建建筑工程有限公司　天津　300170)

潘国立

(天津市建设工程监理公司　天津　300052)

摘　要　轻型钢结构在西部地区已被广泛使用,但在设计与施工中有些问题仍需重视,为此,讨论了轻钢结构的支

撑系统、节点构造、屋面荷载取值等问题。关键词　轻型钢结构　荷载　支撑　稳定　安全

EXPLORATIONOFDESIGNOFHOUSESWITHLIGHTSTEELSTRUCTURES

YangFengdi　ZhouYonglin

(XinjiangGuangzhengSteelConstructionEngineeringCo.,Ltd　Urumqi　830026)

YangHua

(TianjinBuildingEngineeringCo.,LtdunderNo.3ConstructionCorporation　Tianjin　300170)

PanGuoli

(TianjinConstructionSupervisionCompany　Tianjin　300052)

ABSTRACT　ThelightsteelstructurehasbeenwidelyusedintheWestofChina,yetsomeproblemsofdesignandconstructionmeritattention.Therefore,ithasbeendiscussedthatthebracingsystem,jointconfigurationandthevalueofroofloadforlightsteelstructure.

KEYWORDS　lightsteelstructure　load　brace　stability　safety

　　轻型钢结构在西北地区的建筑面积,每年都成倍增长,在西北高寒地区,采用轻钢结构,与钢筋混凝土结构相比,每年施工期可延长4～5个月,加快了西北地区的建设速度。

西北地区专门研究轻钢结构的技术力量不足,轻钢结构的设计单位很少,在我们了解的个别工程中也发现一些问题,涉及到结构稳定和结构安全。1　支撑系统布置不当

而中柱和边柱用同一尺寸的上柱柱间支撑。使得上

柱支撑传来的纵向力不能直接传到下柱支撑,直至基础顶面,使柱子中部承受上柱柱间支撑传来的水平分力,会造成结构隐患,如图1所示。

有的设计者不明白某些支撑构件在整体结构中所起的作用,又如何使支撑构件发挥作用,来保证整体结构的稳定与安全,下面用实例加以说明。

1)某双跨厂房,跨距均为24m,双坡屋面,双跨各设10t和20t吊车,轨顶619m,地处8度地震区。

屋盖横向水平支撑设在端部第一跨,而柱间支撑则设在端部第二跨,与“在设置支撑的开间,宜同时设置屋盖横向水平支撑,以组成几何不变体系”的原则不符,不能起到应起的作用。

同是这一厂房中柱的上柱比边柱的上柱高112m,

SteelConstruction12004(5),Vol119,No174

图1　中柱柱间支撑

2)某建筑物全长110m,宽度共82m(三跨),檐

口高10m,地处8度地震区,边柱共设四组柱间支

撑,满足规程要求,因使用要求中柱只有两端跨各设

第一作者:杨凤第　男　1938年7月出生　教授级高工收稿日期:2004-03-

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轻钢结构

一组柱间支撑,相距95m,而中间没有任何形式的柱间支撑,与“当无吊车梁时,柱间支撑的间距宜取30～45m”的条文规定相差甚远,难以将纵向力从建筑物一端传到95m以外的另一端。更不符合“当建筑物宽度大于60m时,在内柱列宜适当增加柱间支撑”的条文规定。中柱全部为两端铰接的摇摆柱,不能提供侧向刚度,给整体结构的纵向稳定带来隐患。当因使用要求不允许在中间设柱间支撑时可适当设置纵向刚架,将纵向力分段通过纵向刚架传至基础顶面,保证结构的纵向稳定。

3)某汽车库,承重结构为柱脚铰接的单层单跨刚架,地处8度地震区,后排柱列可在两端边跨内设柱间支撑,是稳定结构。在前排柱列因考虑车辆出入功能的要求,不能设柱间支撑,柱顶只设两端铰接的水平刚性系杆,这是不稳定的危险结构,不能承受包括端墙风压在内的纵向水平力。前排柱列的柱顶应设有足够刚度的水平系杆,且与柱顶刚接,形成纵向稳定刚架,在形成稳定结构的同时也满足功能要求。

4)抗风柱的布置尽量保证抗风柱上支点和横向水平支撑在刚架梁上的连接点在同一处,保证抗风柱传来的风力集中荷载直接传到屋面横向水平支撑上,使其集中力不要传到端跨刚架梁上再由刚架梁分配到横向水平支撑上。如图2,不能使抗风柱传来的集中风荷载直接传到横向水平支撑节点上,这项工程支撑系统布置不当。遇到此种情况时,可与工艺研究能否调整抗风柱的位置,或者调整横向水平支撑的间距,横向水平支撑不一定要等距布置,应以保证传力最直接且路线最短为原则

。

将

。

图3　结构剖面

2　连接构造不当

没有认识到构造的重要性,连接不当可能给整

体结构带来安全隐患。

1)某厂房单跨30m,全长54m,檐口高814m,地处8度地震区,刚架梁和柱的刚性节点连接板厚度为14mm,个别处仅8mm,与规程的强制性条文“刚性连接端板厚度不应小于16mm”的规定相差太远,在刚架设计时,刚架的关键节点即梁柱连接的刚性节点应给予高度重视,严格遵守规程的强制性条文规定,暂不论连接板在加肋后按几边支承设计及高强螺栓承受的拉力数值,其构造会给整体结构留有安全隐患。

2)某汽车展厅,在柱脚设计上存在较严重不安全因素,如图4所示

。

图4　柱脚大样

图2　端跨支撑和抗风柱位置

5)某火车站站台罩棚,全长200m,柱距6m,地

处8度地震区,如图3,因柱顶有集水沟及落水管,

将柱顶纵向水平刚性系杆移到悬臂梁的端部,与“单跨房屋边柱柱顶和屋脊应沿房屋全长设置刚性系杆”的原则不符。

这样布置纵向水平刚性系杆是不妥的,集水沟与柱顶的连接只是一般定位焊接,不能起到纵向刚性系杆的作用,使站台罩棚纵向稳定性无法保证。2

螺栓布置在柱翼板外侧,可加大螺栓拉力的力距,以承受一定数值的弯矩,柱翼缘板每侧设加劲肋板5块,加强柱底板的刚度,显然是按带加筋肋的刚性柱脚设计。从图4中A-A剖面可见,第一是地脚螺栓安装孔的位置是错的,与柱翼缘之间没有必要的安装空间,因此切割柱翼缘板和柱翼板加劲肋削弱了柱根处柱的承载能力;第二是因为削弱了加劲肋使加劲肋3与柱翼缘板连接长度已很小,削弱了加劲肋的作用;第三用加劲肋2去加强加劲肋3没有必要,加劲肋3不会产生稳定问题,加劲肋2对

钢结构　2004年第5期第19卷总第74期　

杨凤第,等:轻型钢结构房屋设计问题的探讨

柱翼缘板更是不起任何作用,只是浪费材料并且增加成本。

3)抗风柱的传力系统常出现构造不当的工程实例,当建筑物地处基本风压很大的地区,且建筑物很高时,抗风柱传来的风力集中荷载数值很大,此风力集中荷载应直接传至边跨刚架上翼缘,通过端跨横向水平支撑传到柱间支撑直到基础顶面。可是有些工程将抗风柱上端传来的风力集中荷载传到边跨刚架梁的下翼缘板上,如图5所示。其理由是连到上翼缘可能和檩条产生安装位置上的矛盾。这样只考虑安装的方便,却忘记将集中力传到刚架梁下翼缘的做法对结构稳定造成很大危险,轻钢结构刚架梁的腹板和翼板一般都较薄,侧向刚度很差,容易造成失稳甚至结构破坏,应引起重视

。

高低跨时,规范有明确规定,设计者比较重视,而檐口女儿墙处的积雪超载常被忽略,主要是只看规范的条文内容为高低跨屋面,而没有理解条文实质,不仅是指高低跨屋面,凡存在风涡作用可能造成大量积雪的屋面都应提高积雪分布系数,减小檐口女儿墙附近的檩条间距,确保屋面结构的稳定与安全。

2)在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)强制性条文中规定,采用压型钢板轻屋面时,屋面竖向均布活荷载标准值应取015kN/m2,而在附注中又说明受荷面积大于60m2的刚架构件竖向均布活荷载可取不小于013kN/m2,有的设计人员计算屋面和刚架用同一标准值,认为面积大于60m2时用013kN/m2设计整个建筑物,也有人不论面积大小一律用015kN/m2,这两种理解都是不妥的,设计屋面板和檩条与设计柱、梁应分别采用015kN/m2和013kN/m2。这是考虑大面积屋面荷载同时出现满载的几率问题,既保证结构安全又降低钢柱和钢梁的用钢量,与《建筑结构荷载

(GB50009-2001)在设计楼面梁、规范》柱、基础时,根据不同情况乘以规定的折减系数,其原理是一样的。

图5　抗风柱和刚架梁连接

4　结　语

3　屋面荷载取值不当

以上所涉及的问题只是对工作中所了解到的工

程实例发表点滴见解,可能有不妥甚至错误之处,愿和业内人士共同探讨,其目的就是设计时既从规范的大局着眼,又要从构造细处入手提高设计质量,把轻钢结构设计得更合理、更安全。

参考文献

1　CECS102:2002　门式刚架轻型房屋钢结构技术规程2　GB50017-2003　钢结构设计规范3　GB50009-2001　建筑结构荷载规范

4　GB50205-2001　钢结构工程施工质量验收规范5　杨凤第.轻型钢结构房屋设计的几点建议.钢结构,2002(2)

在规范和规程中对屋面荷载已有明确规定,只

是在设计中没有正确理解或是未加重视。

(GB50009-2001)中1)在《建筑结构荷载规范》指出在屋面高低跨处,在低跨一侧一定范围内其积

雪分布系数为2,有的建筑物是单脊双坡屋面,没有高低跨,然而建筑要求檐口有高达112～115m的女儿墙,在计算靠近檐口的屋面板和檩条时,没有考虑积雪的可能,致使檐口处檩条在雪压下变形过大造成屋面积水,尤其是地处新疆北部高寒地区,基本雪压为1125～1135kN/m2,是屋面的控制荷载。当有

北京奥运会部分场馆将推迟竣工

日前,北京市规划委员会负责人表示:在不影响原来的设计风格的前提下,2008年北京奥运会部分场馆的设计方案,本着“节俭办奥运”的精神,进行了优化调整。

设计方案做调整的主要是被称为”鸟巢”的国家体育场和五棵松篮球馆。根据专家的反复研究论证“,鸟巢”原设计方案中的可开启屋顶被取消,屋顶开口扩大,并通过钢结构的优化,大大减少了用钢量。优化调整后的方案可以确保工程造价控制在国家发改委要求的22.67亿元之内。

与此同时,北京也对五棵松篮球馆设计方案进行了优化调整。原设计方案中,篮球馆上部的多层商业设施被取消,总建筑面积由11.7万m2

降至6.5万m2;原方案中建筑外部的电视墙大屏幕也将被调整,可能将只保留南侧的一块屏幕并缩小面积,但最终方案目前仍在研究论证中。

受方案调整的影响,部分场馆的开工日期由2004年推迟到2005年。竣工日期则由原定的2006年底推迟到2007年下半年。

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