大跨度門式剛架結構廠房的設計要點論文
在學習和工作中，大家都不可避免地要接觸到論文吧，論文是學術界進行成果交流的工具。相信很多朋友都對寫論文感到非常苦惱吧，以下是我為大家收集的大跨度門式剛架結構廠房的設計要點論文，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。
摘要：
隨著現代社會的不斷發展，廠房工程建造技術也不斷提高，很多企業在建造廠房時使用大跨度門式剛架，因為這壹施工結構的造價成本較低，並且具有壹定的美觀性，同時安裝技術非常簡便，因此得到很多施工企業的高度重視，甚至在許多的高層建築、倉庫、展覽廳當中也十分常見。基於此，論文主要對大跨度門式剛架輕鋼廠房的設計與應用進行探討，從構造、應用等方面研究其設計要點，針對壹些剛架輕鋼廠房設計中需要註意的問題進行全面的研究，並提出適當的建議。
關鍵詞:
門式剛架;廠房設計;應用;建議;
1、引言
相對於傳統的廠房建築，大跨度門式剛架廠房由於工作量較小，能夠為企業節省很多的成本，並且綜合效益要更高，拆卸也非常方便，適合於各種企業的施工建設，工期較短。如果企業想快速建造廠房，大跨度門式剛架輕鋼廠房是壹個非常好的選擇。近年來，很多的企業都開始著手於大跨度門式剛架輕鋼廠房的設計工作，但在現階段的工程建設中仍然會存在壹些質量問題，論文仔細闡述門式剛架設計技術要點等內容，希望能給各行企業帶來壹點思考與啟發。
2、大跨度門式剛架結構的特點及適用範圍
近年來，工業的生產水平逐年提高，制造加工的條件得到有效的改善，整體工業化進程進入新時代。建築行業的技術含量及運用價值都得到了跨越式的進步，大跨度門式剛架輕鋼廠房是彩鋼板制作成型材的結構，由於重量較輕，抗震效果好，符合我國大力發展綠色建築的要求，受到了很多建築師的青睞，特別是這種建築結構有著得天獨厚的優勢，給企業帶來更高的安全性能和經濟效益。目前我國各行各業都開始加大對大跨度門式剛架輕鋼廠房的應用，使用成熟的鋼結構技術，將信息化、智能化、人性化與其相結合，致使大跨度門式剛架輕鋼廠房的發展前景更為明朗。目前適用於大跨度門式剛架輕鋼廠房的規程為《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》，在規程中詳細規定了剛架的跨度不能超過36m，整體房屋高度在4～9m，房屋整體的剛度結構設備應進壹步加強。
3、大跨度門式剛架廠房設計要點
3.1、節省成本，合理布置結構
在正常情況下，大跨度門式剛架廠房壹般會根據實際建築的使用情況和工藝要求來確定，通常會采用9～35m，跨度在20～30m，有著最高的性價比。剛架的用鋼量壹般要根據其間距的大小而定，但吊車梁用鋼量會隨剛架間距的增大而增加，對照以往的施工經驗，可以發現用無橋式吊車5～8m並與跨度相匹配，大跨度往往采用大柱距，在3～5m最為適合，如果使用10t以上的吊車或較大的懸掛荷載時柱距在6m左右。
平均的門式剛架高度在4～9m，而且橋式吊車不超過12m，屋面的坡路在1/8～21/1，屋面排水滿足生產要求，盡量取坡度的最小值，可以有效減少風荷載，節省建築材料，如果風荷載不是很大，房屋高度不高時可以適當地減少剛架的用鋼量，在剛架中間柱可采用兩端均為鉸接的方式。
如果廠房的建築設計跨度不是很大，可以采用單脊雙坡的形式，在其他條件都滿足的情況下，在房脊兩側各需壹根檁條，多壹根房脊就需要多壹根檁條，同時也要增加室內排水溝的用料，避免出現刮風下雨的情況，導致廠房積水積雪，增加廠房的荷載，如果負載過大會滲漏到廠房當中，給企業造成影響，如果廠房的跨度大，可以通過位移控制設計，采用雙坡增加剛架的用鋼量。因此，從節省成本、增加經濟效益的角度來講，可以采用多脊多坡的方式。
3.2、構件截面設計
要充分發揮材料的作用，根據大跨度門式剛架的結構設計，節省用鋼材料，壹般會采用變截面的梁柱，通過改變截面的高度，必要時改變腹板厚度的方式。當有橋式吊車時柱采用等截面構件，屋面荷載較輕，鋼梁跨度大，工字形截面在受彎構件中以受剪為主。門式剛架則考慮，充分利用板件屈曲後的強度，當截面不滿足要求時，需要優先加厚翼緣版，可取得較好的經濟效果。設計中也可以簡化門式剛架的柱腳結構，減輕基礎要求，進壹步壓縮建築造價，如果有橋式吊車，並且側向剛度有嚴格要求時，柱腳則應該設計為鋼接。
3.3、支撐結構的布置與構造
大跨度門式框架的支撐體系，包括剛性系桿、柱間支撐和橫向支撐。整個知識體系可以保障剛架的整體穩定性，並且可以把縱向水平荷載傳遞到基礎。在設置柱間支撐時，可同時設置房蓋的橫向支撐，形成幾何不變體系，在剛架轉折處設置剛性系桿。如果廠房的柱較高，而且沒有吊車可根據支撐的夾角設置雙層柱間支撐，保持支撐與水面夾角在30°～60°，以吊車做縱向系桿設置，上下兩層柱間支撐，不設置下層支撐，以減少吊車梁的溫度應力。壹旦上述高度采用十字形柱間支撐的角度少於30°時，上柱支撐可采用人字形或W形支撐。柱間支撐在無吊車廠房內，可采用張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐，有5t以上吊車時，柱間支撐應采用型鋼支撐，設置屋蓋縱向支撐提高吊車梁的側向剛度。
3.4、隅撐的設置
在建造時，要考慮到剛架橫梁有可能受壓，必須在受壓兩側布置軸承作為橫梁的側向支撐。在實際的建設過程當中，往往會以隅撐作為鋼梁平面外的支點來減小鋼梁的壓力，提高整體建築結構的穩定性，適當減少支撐長度，增加內力。在施工中通過設置隅撐，確保安裝精密度壹般每隔1根檁條設置1道隅撐，中間的間隔為2～4m，進行隅撐設計時也要註意以下幾點問題：
第壹，如果鋼梁截面較大時，應按固定規程精確算出隅撐的強度。
第二，與隅撐相接的檁條厚度不易太薄，如果低於2mm將無法起到對鋼梁的支撐效果，所以，也需要提前算出檁條局部的承壓能力。
第三，關於設置隅撐的鋼柱外計算長度是否可以按間距來測量，目前尚存在爭議，在沒有經驗的情況下，建議取隅撐間距的1.1倍[1]。
3.5、大跨度門式剛架端板連接設計
為了提高施工的便利性，所常使用的剛架跨度為15～36m，采用運輸加工分段進行的方式到現場進行拼接安裝，在安裝過程當中涉及端板結構連接特點設計的內容，其中端板連接是整個節點連接設計中性價比最高的方式，廣泛應用在大跨度輕型門式剛架中，與翼緣拼接和常用的腹板拼接方式相比，端板連接更能夠降低材料的成本，而且能增加整體構造的穩固性，現場拼接的方式也較為方便。端板拼接有3種形式，分別為豎放、斜放和橫放。端板連接也考驗其承受的彎矩和剪力，按最大應力設計，采用高強度螺栓，端板連接螺栓應呈對稱布置，不宜少於2排。端板的厚度也不能小於1cm，采用全熔透對接焊縫的技術，將翼緣與端板之間進行焊縫，確保焊接的質量。
3.6、屋面活荷載取值
目前，市面上所使用的大跨度門式剛架設計結構，主要是根據相關的設計規範內容進行制作，經過調查發現鋼結構設計規範當中對活荷載的規定為0.5kN/m2，但是如果構件的荷載面積更大，可乘折減系數0.6。大跨度門式剛架符合這種條件，取活荷載數為0.3kN/m2。
國內外對此數據有了較大的差異，國外的該房屋設計中需要考慮到0.15～0.5kN/m2的`附加荷載，但在我國的設計內容當中並沒有此類的描述。所以有些廠房框架的柱梁太細，克扣負載，如果遇到大風等惡劣天氣有可能會超出負載額度，很容易使廠房出現安全問題，因此，在建造大跨度門式剛架時壹定要註重房屋的活荷載取值，不能壹味地克扣荷載，保障廠房的穩定性。
3.7、需計算好合理的跨度
跨度問題在很大程度上影響著廠房結構的穩定性，由於不同生產流程的工藝在使用的時候可能有很大的差距，因此有些企業甚至希望能夠根據自己的使用要求來合理配置廠房形式與大小。這種情況下需要提前計算哪壹種跨度能夠幫助企業節省成本，盡可能地滿足生產工藝要求，根據房屋的高度確定合理的跨度，首先需要計算梁高和荷載。確定2項數值後，適當加大跨度剛架的用鋼量，但整體的造價會較低，能進壹步節省空間，所以帶來的綜合效果非常好，通過計算，發現如果房檐過高跨度過大，采用中間設置搖擺柱的方式，鋼量較單跨剛架能節省20%左右，因此，在設計的時候應該選用較為經濟的跨度[2]。
3.8、剛架間距的確定
房價的間距與房屋荷載跨度等因素相關，選用較大的間距會發現檁條的用鋼量不經濟。為符合規範要求，剛架柱的間距在6～9m最為適合。
3.9、柱腳的抗風措施
在實際的工程當中，偶爾會聽說在大風時會把剛架柱子連根拔起，其實最主要的原因並不是由於荷載計算錯誤，而是在支撐柱間時忘記考慮支撐傳給柱腳的力。尤其是房屋的縱向尺度較小，只涉及少量的柱間來抵抗風荷載，支撐會給柱腳帶來很大的拉力，如果柱腳沒有可靠的固定措施，很有可能會連根拔起，因此在容易刮大風的地區，要額外註意柱腳的抗風措施，如在柱腳設置描栓端部設描版等[3]。
3.10、防火設計方面
眾所周知，大跨度門式剛架雖然有很多的優點，但是對火災的防護性能較差，尤其是廠房的溫度變化較大時，內部的屈曲強度和彈性模量都會隨著溫度的升高而降低。如突發火災，溫度的急速上升會使廠房的鋼結構失去自身的承受能力，從而導致廠房的坍塌，為了能夠提高鋼結構在高溫下的穩定性，有必要對鋼結構采取保護措施。需要對火災的危險類別進行劃分，全體的設計人員確定門式剛架，輕鋼廠房的防火等級，同時根據我國的規範和防護要求，確保鋼構件的質量，在最大限度上避免高溫給鋼結構帶來的負面影響。同時也可以采用在鋼結構表面塗防火材料的措施，提高鋼結構廠房的防火性能。除此之外，鋼結構的設計更要從大局出發，多角度地考慮好設計工作，如按國家規範要求，設置疏散電梯安全出口，以便突遇火災時，廠房內的工作人員可以在最短的時間內緊急撤離，避免企業的經濟損失，保證工作人員的人身安全。
3.11、防水設計方面
大跨度門式剛架廠房所需要的材料是金屬彩鋼板，雖然很美觀但是防水問題也壹直存在，做好防水設計是建築大跨度門式剛架廠房的必要工作。由於金屬彩鋼板自身的熱系數較大，當接觸到的外界環境發生較大的溫度變化時，會產生壹定的溫差變化，溫度變化會收縮彩鋼板，從而使接口處產生位移誤差，因此極容易出現漏水問題，在彩鋼板的接口處是漏水問題的高發區域。鋼結構體系中，鋼結構本身容易受到溫度變化，風荷載等外力的作用容易產生形變，支點連接處也容易產生漏水隱患。特殊部位由於材料的銜接不同，受到溫度變化產生的應力不同步，需要及時修補漏水隱患。對於金屬彩鋼板的防水設計，要采用以導為主、以堵為輔的方式，重視整個設計的施工過程，將防水工程作為壹個系統工程來做。在設計階段要考慮到大跨度門式剛架廠房的坡度、坡長、構件等諸多因素，科學地采用彩鋼板的規格。設計合理的截面和充足的落水點，出具詳細的防水構造措施，從理論上減少漏水的可能性。施工過程當中，施工人員也應該對設計進行改良，並且在施工中監督施工環節，壹旦發現問題要及時地整改，做好驗收工作，記錄房屋淋水試驗，嚴格把控施工質量。即使在驗收之後也應該定期進行檢修，確定沒有任何的漏水隱患後才可投入使用[4]。
3.12、計算剛架的側移內力
現階段，計算內力的過程中可用的方法是有很多的，在門式變截面剛架結構的內力計算過程中通常運用彈性分析法，雖然通過其他的計算方法也可以得到所需的參數，但是計算的基礎精準度沒有彈性分析法的精準度要高。另外，塑性分析法也是壹種常用的方法，但是這種方法僅僅用在剛架擁有全部等截面的鋼柱內力計算過程中。在具體的計算過程中，通常是運用單元桿系有限元的方式，計算所需要的參數相對來說是比較復雜的，在地震過程中所產生的效應作用可以利用該方法進行確定。同時，根據不同的荷載情況確定內力結果。在具體分析過程中，要確定不同荷載的具體組合情況，組合不同所造成的內力結果也是有很大差距的。在計算過程中，盡量找出截面受控的內力組合，將截面的位置控制在築底連接柱頂以及跨梁的截面上。最後，側移內力的影響因素相對來說是比較多的，因此，在計算過程中必須要確定哪些因素是主要的影響因素，哪些是次要的影響因素，由於在計算的過程中通常是運用彈性分析法來確定，所以在具體的計算過程中僅需要獲取標準荷載的數值，雖然其他的壹些數據也會對最終的結果造成壹定的影響，如分項荷載的系數，但是由於該系數的復雜程度比較高，所以在計算過程中，壹般不考慮它的影響。剛架側移內力的計算分析結果對於剛架結構的建設是非常重要的，在後期的搭建過程中，還需要根據測移的具體數值來選擇相應的建設位置，因此，必須要重視該過程。
4、結語
總而言之，由於我國的鋼結構企業發展較晚，在實際設計當中對很多的施工細節可能要經過多次的運算才能確定，再加上很多的工作人員施工經驗不豐富，導致施工效果不理想，整體的結構穩定性不高，所以需要設計人員進壹步學習鋼結構的知識，改變設計觀念，對現在所存在的問題進行完善，確保提高工程的設計質量，推動我國門式剛架新型鋼結構的進壹步發展。
參考文獻
[1]梁匯溪大跨度[J式剛架斜梁塑性承載力應用研究[D]沈陽:沈陽大學,2017.
[2]張博.大跨度門式剛架結構設計與分析[D]邯鄲河北工程大學,2014.
[3]董超超大跨度[J式剛架抗風優化設計研究[D].廣州:廣州大學,2012.
[4]潘哲霖大跨度輕鋼廠房結構設計[J].浙江建築,2011,28(03):19-21.
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