浅谈轻型钢结构工业厂房的组成形式

浅谈轻型门式刚架工业厂房的组成形式

摘要：轻型钢结构是在普通钢结构的基础上发展起来的一种新型结构形式，它包括所有轻型屋面下采用的钢结构。与普通钢结构相比，有较好的经济指标。轻型钢结构不仅自重轻、钢材用量省、施工速度快，而且它本身具有较强的抗震能力，并能提高整个房屋的综合抗震性能，是目前工业厂房应用较广泛的一种结构。本文就轻型门式刚架工业厂房的基本组成形式及未来的发展作简要论述。

关键词：轻钢结构形式节点设计发展前景

一、轻型钢结构由基础梁、柱、檩条、层面和墙体组成。

二、单层轻型房屋一般采用如下两种门式刚架

a)有檩条体系

b)无檩条体系

三、有檩体系的屋架和网架形式

a)屋架

b)网架

四、门式刚架的形式及特点

(1)、采用轻型屋面，不仅可减小梁柱截面尺寸，基础也相应减小。

(2)、在多跨建筑中可做成一个屋脊的大双坡屋面，为长坡面排水创造了条件。设中间柱可减小横梁的跨度，从而降低造价。中间柱采用钢管制作的上下铰接摇摆柱，占空间小。

(3)、刚架的侧向刚度有檩条的支撑保证，省去纵向刚性构件，并减小翼缘宽度。

(4)、刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比；变截面时根据需要可改变腹板的高度和厚度及翼缘的宽度，做到材尽其用。

(5)、刚架的腹板可按有效宽度设计，即允许部分腹板失稳，并可利用其屈曲后强度。

(6)、竖向荷载通常是设计的控制荷载，但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视。在轻屋面门式刚架中，地震作用一般不起控制作用。

(7)、支撑可做得较轻便。将其直接或用水平节点板连接在腹板上，可采用张紧的圆钢。

(8)、结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓相连，安装方便快速，土建施工量小。

五、横梁与柱连接及横梁拼接和刚架柱脚采用形式，屋架的结构形式和梯形屋架铰接支座节点。

(1)、门式刚架横梁与柱的连接，可采用端板竖放(图a) 、端板斜放(图

b) 和端板平放(图c) 。横梁拼接时宜使端板与构件外缘垂直(图d)。

(2)、门式刚架轻型房屋钢结构的柱脚宜采用平板式铰接柱脚(图a、b)。当有必要时，也可采用刚性柱脚(图c、d)。

(3)、屋架的结构形式: 屋架的结构形式主要取决于所采用的屋面材料和房屋的使用要求。主要以三角形屋架、三角拱屋架和梭形屋架、平坡梯形钢屋架为主，轻型钢屋架与普通钢屋架在本质上无多大差别，两者的设计方法原则相同，只是轻型钢屋架的杆件截面尺寸较小，连接构造和使用条件稍有不同。

(4)、梯形屋架铰接支座节点的两类形式

六、檩条的形式

(1)、檩条的形式：檩条宜优先采用实腹式构件，也可采用空腹式或格构式构件。檩条一般为单跨简支构件，实腹式檩条也可是连续构件。(2)、空腹式檩条：空腹式檩条由角钢的上、下弦和缀板焊接组成，其主要特点是用钢量较少，能合理地利用小角钢和薄钢板，因缀板间距较密，拼装和焊接的工作量较大，故应用较少。

(3)、格构式檩条：格构式檩条可采用平面桁架式、空间桁架式及下撑式檩条。

(4)、实腹式檩条：

①槽钢檩条又分普通槽钢檩条和轻型槽钢檩条两种。普通槽钢檩条（图a）；因型材的厚度较厚，强度不能充分发挥，用钢量较大。轻型槽钢檩条虽比普通槽钢檩条有所改进，但仍不够理想。

②高频焊接轻型H型钢檩条；高频焊接轻型H型钢(以下简称“轻型H 型钢”)系引进国外先进技术生产的一种轻型型钢（图b），具有腹板薄、抗弯刚度好、两主轴方向的惯性矩比较接近，以及翼缘板平直易于连接等优点。

③卷边槽形冷弯薄壁型钢檩条：卷边槽形(C形)冷弯薄壁型钢檩条（图c）的截面互换性大，应用普遍，用钢量省，制造和安装方便。

④卷边Z形冷弯薄壁型钢檩条：分直卷边Z形（图d）和斜卷边Z形（图e）。它的主平面x轴的刚度大，用作檩条时挠度小，用钢量省，制造和安装方便。斜卷边Z形钢存放时还可叠层堆放，占地少。当屋面坡度较大时，这种檩条的应用较为普遍。

七、檩条的连接构造和在屋架（刚架）上的布置和搁置

1、为使屋架上弦杆不产生弯矩，檩条宜位于屋架上弦节点处。当采用内天沟时，边檩应尽量靠近天沟。

2、实腹式檩条的截面均宜垂直于屋面坡面。对槽钢和Z形钢檀条，宜将上翼缘肢尖(或卷边)朝向屋脊方向，以减小屋面荷载偏心而引起的扭矩。

3、桁架式檩条的上弦杆宜垂直于屋架上弦杆，而腹杆和下弦杆宜垂直于地面。

4、脊檩方案：实腹式檩条应采用双檩方案，屋脊檩条可用槽钢、角钢或圆钢相连（见下图）。桁架式檩条在屋脊处采用单檩方案时，虽用钢量较省，但檩条型号增多，构造复杂，故一般以采用双檩为宜。

八、钢结构的发展

建筑结构的设计规范把技术先进作为对结构要求的一个重要方面。先进的技术并非一成不变，而是随时间的推移而不断发展。钢结构的发展主要体现在一下几个方面：采用新的高性能钢材，深入了解和掌握结构的真实极限状态，开发新的结构形式和提高钢结构制造工业的技术水平。近年来，钢材的种类越来越多，出现了很多高性能钢材和改性钢材，另外，型钢的类型也在不断发展，尤其是冷弯型钢，截面形状也越来越多样化。国家目前大力推进模块化，装配式建筑，钢结构在这种模式中有它独特的优点，其次，钢结构在超高层、道路桥梁、铁路基建、海洋工程等领域也有广泛的应用。因此，钢结构发展前景广阔，对于企业来说机遇和挑战并存。

李杰

2016年12月12日

参考文献:

钢结构设计规范GB50017——2003.

钢结构设计原理. 陈绍蕃. 第二版

钢结构. 陈绍蕃. 上册（下册）

房屋钢结构设计. 沈祖炎等

现代钢结构设计手册. 陈绍蕃主编

【建筑技艺】杂志