單層廠房輕鋼屋面結構設計

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單層廠房輕鋼屋面結構設計

佛山南方建筑設計院有限公司　曾凝芬　黃志鵬

[提　要]　本文針對現(xiàn)在流行的混凝土柱鋼結構屋面組合的工業(yè)廠房，系統(tǒng)講述了該類廠房
　　　　　輕鋼屋面的設計過程，并且總結了設計過程中遇到的常見問題及其處理方法。內容實用，可供設計人員參考。

[關鍵字]　單層廠房　輕鋼屋面　結構設計

　　輕鋼屋面形式多樣，可以根據(jù)業(yè)主的要求選用既美觀又經濟實用的結構形式。一般的結構形式有鋼梁或鋼屋架結構、圓管屋架結構、空間網架結構等。本文以鋼梁和檁條作為主受力桿件的輕鋼屋面作為研究對象，介紹其設計過程，總結其中常見的問題和處理辦法。
　　一、荷載取值
　　南方建筑主要考慮的荷載有恒荷載、活荷載、風荷載，當生產過程有大量排灰的廠房及 其鄰近建筑時，按照《建筑結構荷載規(guī)范》（GB500009－2001）（下文簡稱《荷載規(guī)范》） ，還應考慮屋面積灰荷載。
　　1.恒荷載，一般不超過0.3KN/m2，設有保溫隔熱層，按實際計算；
　　2.活荷載，不上人屋面按0.5 KN/m2取值，當僅有一個可變荷載且受荷水平投影面積超 
過60 m2時，屋面均布活荷載標準值應取為0.3 KN/m2,可以根據(jù)實際情況選擇，力求安全、 
合理、節(jié)約；
　　3.風荷載，按《荷載規(guī)范》的有關規(guī)定取值；
　　4.荷載組合，荷載組合應分別計算以恒載控制的荷載組合和以活載控制的荷載組合；
　　二、屋面主要構件的受力情況及強度、穩(wěn)定性驗算
　　以鋼梁和檁條組成的屋面，外荷載通過壓型鋼板（彩鋼瓦）均勻地傳遞給檁條，再由檁 條傳給鋼梁，鋼梁通過鋼板支座傳給柱，再傳至基礎。鋼梁和混凝土柱的連接由于是不同材 料的連接，難以做成剛接，計算時常把它簡化為鉸接，這樣，鋼梁就簡化為簡支梁或者連續(xù) 梁。鋼梁的強度由規(guī)范的公式容易算出，但鋼梁的穩(wěn)定性需要構造措施來滿足。許多情況下 ，鋼梁強度還沒有達到極限應力值，而穩(wěn)定應力已經超出要求了。因為如果截面的側向抗彎 剛度和抗扭剛度不足（如窄而高的工字型截面），則會在截面形成塑性鉸以前，甚至在彈性 
階段，梁就有可能突然發(fā)生繞弱軸y軸的側向彎曲，且同時伴隨扭轉變形而破壞。加強抗彎 和抗扭剛度的方法除了加大梁的截面以外，增加側向支承點也是有效的方法，這樣減少梁受 壓翼緣的自由長度，從而減小梁在側向支承點間對y軸的長細比。
　　對鋼梁進行強度和穩(wěn)定性驗算時須注意"應力比"的問題，即計算應力與極限應力的比值 
，《鋼結構設計規(guī)范》第4.2節(jié)對此進行了闡述。這是考慮到施工中產生的各種誤差，使鋼 
結構本身的極限應力不能滿足試驗得出的極限應力，所以應在設計時有意識地使應力比<1, 
最好控制在0.8以下。
　　三、屋面支撐體系
　　屋面支撐體系雖然不是主要的受力構件，但卻是連接屋面主要承重構件的重要組成部分 
。適當而有效地布置支撐體系，能使廠房具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。屋面支撐體系可 
以分為上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、豎向支撐和系桿等。上 
弦橫向水平支撐為屋面提供穩(wěn)定性，為主構件（鋼梁、弦桿等）提供側向支承點，它主要設 
置在房屋的兩端或橫向溫度伸縮縫區(qū)段兩端的第一個柱間，但為了保證上弦橫向水平支撐的 
有效作用，設置的間距不宜超過60米；下弦水平支撐在沒有懸掛設備且跨度不大時，可以不 
設；豎向支撐的作用是使相鄰屋架和上下弦橫向水平支撐組成的四面體形成空間幾何不變體 
系，以保證屋蓋的整體穩(wěn)定，在鋼梁的中間和兩端設置，設置的數(shù)量視跨度而定；系桿為了 
保證未設橫向水平支撐屋蓋的側向穩(wěn)定以及傳遞水平荷載，在橫向水平支撐或豎向支撐的節(jié) 
點處，沿房屋縱向通長設置，一般可以使用角鋼或圓鋼。
　　支撐桿件的受力一般很小，不必計算，可按構造要求和容許長細比選擇截面。當交叉斜 
腹桿體系的支撐桁架作為支撐體系時，此時該體系屬于靜不定體系，在節(jié)點荷載作用下，可 
考慮某些斜桿退出工作，簡化成靜定體系，再驗算該截面是否滿足要求。
　　四、節(jié)點
　　鋼梁拼接節(jié)點、鋼梁和柱的連接節(jié)點是主要的計算節(jié)點。為方便運輸，一般情況，每段 
梁不超過12米。然后根據(jù)節(jié)點受力情況和連接形式計算，并復核是否符合構造的要求，因為 
螺栓安裝工藝對螺栓的間距有一定的要求，詳細可查閱《鋼結構設計規(guī)范》。鋼梁和混凝土 
柱的連接，需要設計支座底板的厚度，連接螺栓的大小。底板厚度由支座反力產生的彎矩經 
計算確定，一般采用12mm～16mm，加勁肋厚度與底板厚度相同。螺栓應用雙螺帽的螺栓。預 
埋螺栓需要有足夠的錨固長度，具體參考混凝土結構的做法。
　　五、結束語
　　單層廠房輕鋼屋面結構設計以安全、合理、可行、經濟為原則，設計人員不僅要按規(guī)范 
設計，還要結合實際情況，例如鋼材的質量指標、焊接技術、安裝工藝等進行綜合考慮；除 
了滿足強度的要求外，還要注意各種構造措施的運用，要弄懂各種構造措施設置的原因，避 
免由于構造措施設置不當而破壞結構的穩(wěn)定。
　　以上是筆者設計時的些微心得，不免有錯漏之處，望同行們給與批評指正。
參考文獻
　　[1]《鋼結構》，陳紹蕃主編，中國建筑工業(yè)出版社，1995
　　[2]《鋼結構設計規(guī)范》，GB50017－2003
　　[3]《輕型鋼結構設計手冊》，中國建筑工業(yè)出版社，1996