[对工业厂房屋面轻钢结构设计的探讨] 轻钢结构屋面节点

时间：2019-03-31 03:18:56　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘?要：目前，钢结构于工业厂房中的应用日趋广泛，钢架的合理设计成为钢结构设计中的重点。对于钢屋架梁、混凝土柱的单层厂房，钢屋架普遍采用圆钢作为下弦杆，而钢屋架与柱的连接分为铰接和刚接两种模式。通过内力分析比较可知：采用圆钢作为下弦杆在风荷载较大，屋面坡度较缓且大量采用轻质压型钢板为屋盖材料，屋架下弦杆就可能出现压力。这时屋架应进行轴向力的分析和计算，并按最不利荷载组合所产生的最不利内力，来选择屋架的下弦杆截面及决定构件的连接方式，不可随便选用圆钢作为下弦杆；且刚接比铰接的方式受力更更能充分发挥钢材的性能。
　　关键词：钢屋架；混凝土柱；风荷载
　　1?概述
　　随着社会生产水平的提高，钢材产量的增大及钢构生产工艺的完善，轻钢结构越来越多的应用于厂房、仓库等单层建筑屋面中。而轻钢结构屋面自重轻，强度高，节省结构材料，跨度大，塑性、韧性好，制造简便，施工周期短，安装方便等优点也充分体现出来。对于厂房、仓库等单层建筑来讲，屋面的工程造价占了相当一部分，因此，如何合理设计屋面钢结构，做到安全、经济，最大限度的节约钢材料是轻钢屋面设计需要注意的问题。本地地处我国南方沿海地区，受台风影响较大，目前，本地区的轻钢厂房较多使用混凝土柱钢屋架的形式，而拱屋架又常选用两根圆钢作为拉杆，当屋架与柱顶铰接，且屋面材料又选用轻质压型钢板时，很容易产生屋面永久荷载小于负风压（吸力）的情况，此时屋架下弦拉杆就会由拉力变为压力。这时屋架就应进行轴向力的计算，并按最不利荷载组合所产生的最不利内力，来选择屋架杆件的截面及决定构件的连接方式。
　　首先分析拱型屋架下弦拉杆在风荷载影响下的计算与选材问题，再对于此种形式的屋架的两种计算模式即一种是常用的钢梁与混凝土柱铰接的方式，另一种是钢梁与混凝土柱刚接的方式来探讨如何合理确定连接方式及计算模型，做到节约材料，较高的发挥材料的受力性能。
　　现以16m跨厂房为例，简述如下：该车间工程数据如下，柱距6m，柱截面350×500，横梁采用Ｈ型钢梁，下弦设拉杆，屋架拱高?=1.7m，檩条采用C型钢，水平间距1.2m，屋面选用轻质长尺压型钢板做防水材料，厂房两端有山墙，现浇钢筋混凝土基础和柱，基础与柱为刚接，柱顶标高为5.500m，基础面标高为-0.500m，屋面恒载为0.3kN/m2，活载为0.3kN/m2，两纵墙均设有条形采光与通风用百页窗，屋面无天窗，无积灰与雪荷载，厂内无吊车，无大型机械振动设备。本地基风压值ω0=0.6kN/m2。经计算后得荷载。
　　2?荷载
　　根据本例所给条件，屋面荷载有永久荷载、施工荷载及风荷载三种，计算时可参考有关资料进行计算。
　　永久荷载按屋面水平投影的标准值为：
　　压型钢板：
　　檩条自重：0.1kN/m2
　　屋架及支撑：0.2kN/m2
　　合计：0.38kN/m2
　　施工荷载水平投影标准值为：0.30kN/m2
　　风荷载：因本厂地处南方，台风影响较大，故屋架计算时必须予以考虑，按结构荷载规范，风荷载标准值为：ωk=βz μs μz ω0
　　式中：βz——Ζ高度处风振系数，本例取βz=1
　　μs——风荷载体型系数，本例依前述条件，取荷载规范体型系数表项次4，
　　迎风面μs1=-0.9，
　　背风面μs2=-0.8
　　μz——风压高度变化系数，根据本地海平面和地面粗糙度情况取μz=1.0
　　故求得垂直屋面的风荷载标准值分别为：
　　迎风面：ωk1=-1×0.9×1.0×0.6=-0.54kN/m2
　　背风面：ωk2=-1×0.8×1.0×0.6=-0.48kN/m2
　　3?内力计算
　　3.1永久荷载与施工荷载组合的内力计算
　　⑴ 永久荷载与施工荷载组合：q = (1.2×0.38+1.4×0.3)×6=5.256kN/m
　　⑵ 按整体平衡求支座反力：VA=VB=0.5ql=0.5×5.256×18=47.304kN↑
　　⑶ 求拉杆内力：=5.256×182/8×1.2=177.39kN
　　⑷ 拉杆截面选择：
　　在永久荷载与施工荷载组合，不考虑风荷载的情况下，本屋架拉杆可选用2Φ25（9.28cm2）或2∠70×45×4（9.11 cm2）
　　3.2?永久荷载与风荷载组合时的内力计算
　　⑴ 荷载单独作用时：永久荷载 q1=1.0×0.38×6=2.28kN/m
　　迎风面风荷载：q2=1.4×（-0.54）×6=-4.536kN/m
　　背风面风荷载：q3=1.4×（-0.48）×6=-4.032kN/m
　　⑵ 荷载组合时：迎风面：qy总1=q1+q2cosα=2.28+（-4.536）×0.9939=-2.228kN/m↑
　　qx总1=q2sinα=-4.536×0.1104=-0.501kN/m ←
　　背风面：qy总1=q1+q3cosα=2.28+（-4.032）×0.9939=-1.727kN/m↑
　　qx总1=q3sinα=-4.032×0.1104=-0.445kN/m ←
　　⑶支座反力：由Σx=0得XA=-0.056kN Σy=0得 YA=-18.92kN↓
　　3.3?拉杆内力计算：取屋脊C左边为隔离体
　　所以
　　计算结果为负值，表明该屋架在永久荷载与风荷载共同作用下，下弦拉杆受压，此时，拉杆应按压杆的稳定来计算和选择材料。
　　4?下弦杆截面选择
　　⑴平面内下弦杆的稳定性强度：为保证杆件在风荷载作用时能有一定的支撑作用，故考虑在沿下弦杆的长度方向设置吊杆四根（见图6），故下弦杆的计算长度可为l01=l/5=3.6m，考虑选用2∠75×5作为下弦杆，A=1482mm2，ix=23.2mm，iy=32.9mm
　　平面内下弦杆的稳定性：λx=l01/ix=3600/23.2=155.2查b类截面稳定系数：φ1=0.291

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