双跨门式刚架模型优劣分析修改.doc

双跨门式刚架模型优劣分析

王玉梅1 李国名1 张洪刚2 （1 山东建筑大学，济南 250101 2 山东天健房地产开发有限公司，济南 250014）
摘　要　门式刚架是目前单层工业厂房中一种常见的结构形式,如何选用合理的门式钢架形式很值得研究。为此,本文分析了双跨门式钢架模型的影响,并根据分析结果提出了相关合理化建议。
关键词　双跨门式刚架　优劣分析
0前言
近年来，门式刚架轻型房屋钢结构因其跨度大、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、工业化程度高、外形美观等一系列优点而得到迅速发展和广泛应用。本文拟在对比同一刚架在不同结构形式下的主材用量的经济性，以及施工的方便性，力求能对以后实际工程的设计有所帮助。
1、 门式刚架的结构形式
门式刚架的用钢量主要与结构形式、荷载大小、建筑尺寸、钢材性能、抗震等级等条件有关，其结构形式多种多样，在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002中规定其结构形式主要分为单跨、双跨、多跨刚架及带挑檐和带毗屋的刚架等形式，在空间尺寸上,一般檐高为4.5 m~9 m,并可适当加大,单体单跨宽以9 m~36 m为宜,多跨可做到100 m以上;常见的门式钢架形式如下图所示：

刚架柱的柱脚与基础通常做成铰接，多跨刚架的中柱多采用摇摆柱，但当柱高度较大及为控制水平荷载作用下柱顶位移值时，柱脚可考虑做成刚接，多跨刚架的中柱与横梁的连接也宜采用刚接。而仅当屋荷载较大时，为控制刚架梁的挠度，多跨刚架的中柱与横梁的连接宜采用刚接。
二、两种不同结构形式的对比
为了便于比较，同时具有一定的参考性，笔者以一实际工程举例说明两种结构形式下刚架主材用量的经济指标及施工的方便性。工程概况：本工程位于山东烟台市开发区，建筑物长66m,宽48m，檐高7.2m,无吊顶、吊挂荷载，无吊车荷载，坎墙1.2m，门窗暂不考虑，屋面考虑双坡，可以避免内天沟漏水和保温不佳的弊病；由于单坡坡度较长，设有采光带，有组织排水，屋面、墙面围护均为50mm轻质玻璃棉保温夹芯板。构件截面的稳定性验算时,考虑了截面的塑性发展,充分利用截面屈服后强度。
两方案均采用中国科学研究院的PKPM-STS软件进行设计，屋面坡度8%，从减少柱截面,减少整体用钢量以及使刚架具有足够的侧移刚度等几个方面综合考虑,方案一采用了边柱与梁刚接, 中柱与刚架横梁铰接，而柱脚均为铰接的门式刚架形式；方案二柱脚全部铰接，中柱与刚架横梁刚接。两刚架截面尺寸及经济性对比如下：两方案的刚梁分段比均为5：12：7，其中方案一刚梁的挠度为117.7mm，方案二为108.1mm，方案一的屋架含钢量为3671.9kg，方案二为3697.6kg。

刚架应力图（方案一） 刚架应力图（方案二） a（中柱与梁铰接） b（中柱与梁刚接）
应力图说明：柱左：上、下翼缘、腹板三者应力比中最大者
右上：平面内稳定应力（对应长细比） 右下：平面外稳定应力（对应长细比）
梁上：上、下翼缘、腹板三者应力比中最大者
左下：平面内稳定应力（对应长细比） 右下：平面外稳定应力（对应长细比）
三、结语
综上所述，这两种方案刚架的主材用钢量基本相同，但从施工的角度来看，方案一中柱与钢梁铰接这种方案明显优于方案二（节点见上图a），且从两者应力图中也能看出，方案一的内力还有一定的储备，这也与规程中提供的结构模型相吻合。所以对于荷载不大的一般钢结构厂房已优先采用方案一这种结构形式，但我们也可看到，方案二中钢架的挠度要小于方案一，且钢梁的断面尺寸也相对较小，建筑造型也比较美观，因此仅当屋面荷载较大时，为控制刚架梁的挠度,多跨刚架的中柱与横梁的连接则宜采用刚接。本文亦在通过对两种结构形式的分析，使大家对门式刚架的结构形式有更深的了解，以期在今后的设计中减少试算次数，提高设计速度和质量。
主要参考文献：1.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002 中国计划出版社
2. 乔悦青，罗小青. 对门式钢架轻钢结构设计研究. 山西建筑2002(1):23