单层钢结构厂房支撑结构设计的探讨

单层钢结构厂房支撑结构设计的探讨

作者：王志刚

来源：《城市建设理论研究》2013年第07期

摘要：本文主要对单层钢结构厂房支撑结构设计进行论述，为单层钢结构研究作参考。 关键词：檩条；支撑；门式刚架

Abstract: This paper mainly discusses the structure design of monolayer steel structure workshop support, as a reference for the study of monolayer steel structure. Key words: purlin; support; portal frame 中图分类号:TU318

一、轻型钢结构厂房的特点 钢结构一般分为普通钢结构和轻钢结构 ，它们之间并无明显的界限。其计算规则都是一样的 。所谓轻钢结构 ，一般是结构荷载较小 ，结构杆件也较小 ，构件壁厚较薄的一类结构，一般采用门式钢架、屋架和网架为主要承重结构 。正因为轻钢结构上作用的荷载较小，所以，使得结构效应产生的内力一般较小 ，这就使得结构的强度往往不成问题 ，而由于构件断面较小，截面惯性距较小，使得结构的刚度也随着减小 ，结构的整体和局部稳定成为在设计中必须引起重视的主要问题 。这就是轻钢结构自己的特点。了解了这个特 点 ，我们就可以采取相应的措施 ，比如可以采用增加支撑和拉条 ，以满足杆件的长细比要求，增设加劲肋以满足构件的局部稳定等。二、门式刚架轻钢结构的概述 1、门式刚架轻钢结构形式 轻钢门式刚架的结构形式多样，主要有以下几种：单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的刚架等。2、 门式刚架轻钢结构典型优势 门式刚架轻钢结构属轻型钢结构的一种类型，其结构体系，简言之，是由门式刚架为承重结构，配套轻型屋盖和墙体围护结构，以及相应的支撑系统所组成的结构体系。轻钢结构和其他材料的结构相比，具有如下优点。 （1）自重轻。轻钢框架结构重量比很高，墙厚较薄，因此可以使房屋的跨度达到很大，钢材可根据不同用途合理分配截面尺寸的高宽比，使用面积较其他结构要提高很多。这种截面模数大，具有优良的力学性能和优越的使用性能，结构强度高。轻钢结构与混凝土结构相比，自重约为后者的一半。在工程设计中可以根据实际情况达到个性化的要求。 （2） 结构稳定性好，抗震性能突出。轻钢框架结构稳定性良好，钢梁、钢柱组成柔性框架，可充分发挥钢材强度高、延性好、塑性变形能力强的特点，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲、震动的能力得以强化。一般而言，其抗震能力是砖混结构的2 倍以上，在高烈度的地震灾害后，用于修复的费用减少。而且适合建造在各种地质条件的地基上，提高了结构的安全可靠性。 （3） 施工速度快。一般情况下，轻钢框架结构建筑的施工由于设计标准化、定型化，构件加工制作工业化，另外加上现场安装施工的过程中不受气候影响，简单快捷，时间相对钢混结构住宅缩短工时1/3～1/2，加快了资金周转，大大提高了投资回报速度。 （4） 隔热保温性能好。轻钢框架结构有些采用了聚苯乙烯泡沫夹芯板或单板加保温棉等措施，使其保温隔热和隔声效果良好，而且不助燃，不霉变，不虫蛀；满足实际工作过程中保温、隔热、隔声性能等方面的需要。（5）环

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保优势。将成品构配件运至施工现场后，即可拼接安装，废旧利用率为100％，是真正的环保建材。另外，在任何气候条件下，均可全年施工，对于周围环境的污染较小，符合国家提出的“四节、环保”和可持续发展的要求，不仅具有很好的性价比，而且有着框架结构无法比拟的优越性。（6）环境适应条件好。对海拔高度、气候条件等环境要求不高。三、门式刚架结构支撑结构的特点 门式刚架轻型房屋，其结构一般由主骨架和支撑系统构成，支撑结构包括 ：1、墙架；2、檩条等 ；支撑系统包括：1、刚架柱之间的垂直支承；2、刚架梁之间的水平支撑 ；3、刚性系杆 、拉条 ；4、 隅撑等。 四、檩条的设计 1、檩条作用：承担屋面荷载，并将其传给刚架。檩条还通过螺栓与每品刚架连接起来，与墙架一起与刚架形成空间结构。 2、檩条的形式：实腹式檩条、空腹式檩条、格构式檩条。 3、截面高度的确定： 实腹式檩条的截面高度Ｈ，一般取跨度的1/35~1/50桁架式檩条的截面高度Ｈ，一般取跨度的1/12~1/20。 4、截面宽度的确定： 实腹式檩条的截面宽度B，由截面高度Ｈ所选的型钢规格确定，空间桁架式檩条上弦的总宽度Ｂ，取截面总高度的1/1.5~1/2.0. 5、檩条荷载（1）恒荷载 屋面材料重量、支撑及檩条结构自重。（2）活荷载 屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载和风荷载，当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值（按水平投影面积计算）0.55KN/m2。 五、屋面支撑与柱间支撑的确定 支撑的作用主要是保证结构体系成为空间体系，有足够的空间刚度。支撑所受力主要是风载和地震作用，温度作用。计算支撑内力时一般假定节点为铰接，并忽略偏心的影响，并且一般的支撑都是按拉杆考虑，所以，一般适宜双向布置。 1、屋面支撑 屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比来选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆 设计，可采用单角钢；非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或Ｔ形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且基本风压也较大时，杆件截面应按桁架 体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时，可假定在水平荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。 2、柱间支撑 对厂房来说：分为上层支撑和下层支撑，上层支撑计算时，为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力，支撑腹杆常按柔性拉杆计算。交叉体系的下层支撑当吊车作用较小时一般圆钢，较大时通常采用角钢或槽钢。交义斜杆常按拉杆设计，但为了提高厂房的纵向刚度，当吊车较大时，应按压杆设计。 六、隅撑的作用与设置 隅撑的作用主要是阻止梁的下翼缘及柱的内侧翼缘失稳。并在设计计算中作为减少梁 柱的平面外计算长度的最不利侧向支撑间的最大间距。隅撑之所以要设，是因为刚架斜梁的受力的变化。在恒荷载和活荷载等荷载组合作用下，一般的梁受力是上翼缘受压下翼缘受拉，这样檩条与钢梁的有效连接为梁上翼缘的稳定提供了可靠的支撑。所以一般情况下的平面外计算长度取两倍的檩条间距。上翼缘的梁稳定可以保证。但是在受风吸力荷载作用时，上翼缘受拉，下翼缘受压，这样下翼缘的稳定性没有可靠的平面外支撑，因此在粱的下翼缘上加设隅撑给钢梁的下翼缘提供支撑。隅撑一边与梁的下翼缘连接，一边与檩条连接。隅撑的做法可以详见门式刚架的相关规范。研究表明，门式刚架的破坏和倒塌在很多情况下是由受压最大的翼缘屈曲引起的，而斜梁下翼缘与刚架柱的相交处压应力最大，是结构的关键部位。本规程规定：“在檐口位置，刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处应各设置一道隅撑 ”。就是为了确保该处的稳定性。此外，还规定在斜粱下翼缘受压区均应设置隅撑，其间距不得大于相应受压翼缘宽度的16（235/f3）1/2倍。该规定便于执 行，也便于施工质量检查。若翼缘宽度较窄，理所当然地应使隅撑间距减小。规程还特别规定，当斜梁下翼缘不设隅撑时，应采取保证刚架稳定的可靠措施，如设置刚性撑杆或加大截 面等。这就较好地保证了结构的安全。 参考文献： [1]《门式

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刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102:2002); [2]《门式刚架轻型房屋钢构件》(JG 144-2002); [3]《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)