轻型钢结构房屋设计中的误区
【摘要】轻型钢结构房屋广泛应用于工业生产工程中，为业主了提供大跨度大空间，满足业主的生产工艺流程的要求。本文对设计中的抗风柱、屋面板、檩条、吊车梁等方面做了论述。
【关键词】 轻型钢结构房屋；抗风柱；屋面板及檩条；吊车梁；柱间支撑；主钢材质的选择
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轻型钢结构房屋相对于混凝土结构而言其造价要低，施工工期短，同时能提供大的工作空间，满足生产工艺流程，因而常被作为厂房和车间等房屋的首选结构形式。在多年的设计实践中，认为轻型钢结构房屋设计在此方面存在一些误区。
1. 抗风柱设计
有的认为抗风柱作为端排刚架的支点，限制了刚架的垂直变形，产生与中排刚架的垂直变形不一致，因而弊大于利。实际上即使不设抗风柱，因为端排刚架荷载与中排刚架荷载值不同，端排刚架垂直变形与中排刚架垂直变形两者也不一样的。另外檩条与刚架连接是铰接，边跨檩条两端沉降允许有差值，屋面板也能适应边跨檩条两端沉降的差值，设计了抗风柱对抗地震和风的水平荷载有较大作用。
2. 屋面檩条应不等距设计
在屋面檩条的设计中，现在做法通常是檩条等间距布置，檩条对屋面而言是等跨支座，如跨度18米以上的钢架多为双坡，每坡屋面板在9米以上。根据檩条的布置，屋面板多按五等跨的连续板设计，其结果是屋面板端跨的跨中弯矩比中跨的跨中弯矩大得多，按端跨跨中弯矩选用屋面板的'话，则中跨的屋面板就不能充分发挥作用。对檩条的线荷载又以屋面板的第二支座反力为依据，第二支座反力是五跨续板中支座反力最大的支座，以此反力来设计檩条，此时只有屋面板第二支座的檩条能充分发挥作用，中跨支座檩条承载能力富裕较多，不能充分发挥其作用。为此建议檩条采用不等跨布置，檩条的布置在段跨间距减少，而在中间跨处放大以使屋面板的端跨弯矩和中部跨弯矩比较接近，或由于不等跨布置使屋面板支座反力比较接近，这样能充分发挥屋面系统的材料性能，降低单位用钢量，从而降低成本。
3. 有的吊车梁可不设计制动桁架
我们在设计中经常见到一些轻钢结构厂房，其跨度在24米内，且吊车为5～20吨，吊车梁跨度为6～8米之间，有相当一部分设置了制动桁架；更有甚者跨度10米，吊车仅3吨，吊车梁跨度6米也设置了制动桁架。根据我的经验，类似以上吊车吨位和跨度的轻型钢结构厂房可不设置制动桁架，在《规程》[1]中规定轻钢结构厂房只能设中、轻级工作制桥式吊车，且起重量不大于20吨。这时只要满足吊车梁的强度和变形，同时在横向水平刹车力的作用下满足吊车梁的侧向稳定要求即可，当有必要时可适当加大吊车梁上翼缘的宽度来保证其稳定性。不设置制动桁架不仅可以减少安装工作量还可以降低造价。
4. 柱间支撑
一些轻型钢结构厂房关于柱间支撑的设置多为角钢剪力撑，每一肢均同时满足受压和受拉的长细比要求，这样导致设计的柱间支撑截面较大。对于轻型钢结构厂房的围护墙体多为压型钢板加保温材料，对柱顶的位移限值不是很严，并且吊车吨位不大，纵向水平刹车力也较小，尽管有风载和地震作用，可设置剪刀式钢筋拉杆来替代角钢剪力撑，剪刀式钢筋拉杆只考虑受拉而不考虑受压。钢筋的直径可根据纵向水平力之和来确定，但要求必须将钢筋拉紧，使之能够传递纵向水平力。用剪刀式钢筋替代角钢剪力撑给制作和安装带来很大的方便。
5. 主钢材质的选用并非钢材强度越高越省材料
在一些招标文件中经常见到要求钢架材质为Q345钢材的条款 ，这些建设单位认为材质的设计强度越高，构件尺寸越小，这样就越省钢材，就会降低造价。这种考虑有其局限性，不是对所有的钢结构都实用。因为钢结构在设计时要满足考虑强度设计、刚度和稳定性要求，同时设计时需考虑的因素很多，如建筑物的跨度、高度、风载、地震烈度、场地类别和是否有吊车及吊车的吨位等。对于非地震区和地震烈度低的地区如果风载较小和跨度较大时，其构件的内力较大，这时以强度控制为主，这种情况下采用高强度的钢材倒是可以降低造价；但对于地震烈度高而且风载较大地区，设计时往往是由刚度控制为主，材料强度即使再高也得保证构件有足够的构件截面，才能有足够的刚度满足变形要求，此时如果还是采用高强度的钢材，就会造成不必要的浪费了。
6. 雪荷载及活荷载的确定
设计人员在实际设计工程时一般都是采用软件进行计算的，但模型、参数如何假定和采用最为关键，如荷载的选用问题，对于雪荷载，软件一般都是按均布荷载输入的，没有考虑《规范》[2]中屋面积雪分布系数，对于双坡屋面及高低跨相邻的屋面，不考虑雪荷载的不均匀系数，会给工程带来了安全隐患。尤其北方雪荷载是屋面的主控荷载，如何确定雪荷载分布参数就格外重要。因此在设计时尤其是在高低跨相邻的钢结构建筑物时即使程序没考虑雪荷载的不均匀系数也得人为自行调整，以保证结构的安全。其次活荷载确定也是很关键的，如果说在计算整榀刚架时活荷载按《规程》[1]取0.3KN/m2还有据可查的话（虽然这与《规范》[2]中的0.5KN/m2有矛盾），那么在计算檩条等构件时，如果活荷载也按0.3KN/m2计算的话那就大错特错了，由此可见活荷载的选取也要根据对象来具体对待，这个可以在一些图集（如中南标《门式刚架轻型房屋钢结构（04ZG501）》）中就可以体现出来的。
7. 结束语
以上仅是本人在设计中的几点心得体会，但愿能起到抛砖引玉的作用，愿各位同行从大局着眼，从细微入手，把钢结构设计做得更加合理。
参考文献
[1]CECS102：2002.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程
[2]GB50009-2001.建筑结构荷载规范
[3]GB50017-2003.钢结构设计规范
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