某超高门式刚架轻钢结构设计

时间：2024-07-28

◎ 戚迎花，郭建勇

（郑州中粮科研设计院有限公司，河南郑州 450053）

1 工程概况

广东省中山市某工业区毛米仓车间，高20 m，跨度30 m，内为16 m高钢板仓，无吊车，建筑面积1 650 m²，室内外高差300 mm，业主要求采用门式刚架结构。项目平面布置图及主刚架立面如图1、图2所示。

图1 平面布置图

该地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10 g，设计地震分组为第二组。处于沿海地区，基本风压0.6 kN/m²。结构安全等级二级，刚架材料选用Q345B级钢。

图2 主刚架立面图

2 结构布置

本工程主承力体系采用焊接H型截面门式刚架，屋顶及外墙围护结构采用压型钢板轻型材料。刚架柱柱脚固结，柱子采用全高等截面。为减小柱子平面外计算长度，保证整体结构空间的稳定性，厂房纵向每榀钢架柱间除柱顶设置刚性系杆外，在柱中增设两道刚性系杆。屋盖纵向设置通长刚系杆，间距4.5～5.5 m。

3 结构设计分析

钢架结构的分析计算程序采用PKPM-STS钢结构软件设计。

本工程建筑高度大于GB 51022-2015《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》[2]（简称《门规》）18 m的限值要求，《门规》不能完全适用，因此设计过程中宜参考其他结构设计规范。

3.1 荷载

荷载包括屋面恒载、活载、风荷载等。风荷载取GB 5009-2012《建筑结构荷载规范》（简称《荷规》）及《门规》较大值。经对比，柱子风荷载《荷规》更大，梁风荷载《门规》更大。笔者建议结构整体计算采用《荷规》风荷载，再用《门规》风荷载进行屋面斜梁验算。柱子风荷载的输入，可以采用梯形荷载或等效矩形荷载计算。

3.2 板件宽厚比控制

构件的板件宽厚比既是保证厂房框架延性的关键指标，也是影响单位面积用钢量的重要因素[1]。该单层工业厂房高度已经超出《门规》的适用范围，不建议采用《门规》控制。

对于轻屋盖厂房，《建筑抗震设计规范》[1]9.2.14条及条文说明中，对设防烈度8度（0.20 g）及以下的情况，可采用性能化设计的方法，即“高延性、低弹性承载力”和“低延性、高弹性承载力”两种，即允许在构件强度和稳定满足不同地震作用的承载力要求时，可采用不同限值进行弹性设计阶段的板件宽厚比计算。

本工程按照“低延性、高弹性承载力”性能设计方法，当结构在满足较高地震作用的承载力要求时，允许采用较低限值进行弹性设计阶段的板件宽厚比计算，放宽了板件宽厚比的要求。

在满足2倍多遇地震作用下的要求时，可采用GB 50017-2003《钢结构设计规范》[3]（简称《钢规》）弹性设计阶段的板件宽厚比限值。而PKPM-STS钢结构软件设计中已提供了相应的选项，可直接勾选设计。

3.3 柱顶位移控制及梁挠度

本工程无桥式吊车，柱顶位移控制可采用《钢规》无桥式吊车的单层框架柱顶位移H/150的限值，考虑到厂房内钢柱与毛米仓距离较近，顶位移限制按H/180控制。经计算，本工程柱顶位移由风荷载控制。为满足柱顶水平位移，屋面梁截面随着柱截面加大而加大，梁的使用率较低，其挠度也能得到充分保证。因此，梁截面可在满足板件构造及整体计算要求的前提下，尽可能减小截面，节约材料。