新版门刚规范实施后维护结构设计要点

时间：2024-07-28

◎ 康民启，魏世辉，刘广轩

（1.郑州中粮科学研究设计院有限公司，河南郑州 450053；2.阜阳职业技术学院，安徽阜阳 236031）

1 新版门刚规范的推出

门式刚架设计的依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102:2002）在2016年8月1日完成了13年的使命，退出了历史舞台，取而代之的是一部新规范——《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB 51022-2015）。与原门式刚架技术规程相比，新规范有了许多变化，既更多地与荷载规范、抗震规范等国家规范接轨，也充分考虑了门式刚架自身的结构特点，还充分吸收了近年来的技术进步。此外，新规范还特别强调并且纠正了之前门式刚架设计中的一些常见错误。总体上讲，由规程演变成规范以后，在某些关键地方有显著的变化，需要结构设计人员仔细对比、认真学习，以期做出合格、优秀的设计作品。

1.1 新版门刚规范风荷载的变化

门式刚架结构是对风荷载和雪荷载都比较敏感的结构，针对门式刚架结构的这一特点，新版规范对风荷载和雪荷载均做出了较大调整。新版规范第4.2.1条的风荷载公式是[1]：wk=βμwμzw0

β为系数，计算主刚架时取β=1.1；计算檩条、墙梁、屋面板和墙面板及其连接时，取β=1.5.

旧版规范第A.0.1条对风荷载的规定是[2]：

在旧版规范中，w0采用时是扩大1.05倍，而新版规范则不需要。新版规范中的风荷载系数μw的取值按照屋面坡度进行了更细致的划分，这也是新版规范改进的地方。旧版规范中的风荷载体形系数μs取值较为笼统，只给出了取值区间，需要设计者自己选择。β系数是新版规范中新增加的一个系数，是考虑阵风作用的要求，通过β系数使之与《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的风荷载基本协调一致。假定在μw=μs的情况下，新版规范的风荷载wk与旧版相比，主刚架的风荷载取值扩大了1.05倍，而维护结构的风荷载取值则扩大了1.43倍，维护结构的风荷载增大更多。

1.2 新版门刚规范雪荷载的变化

新版规范第4.3.1条明确规定：基本雪压S0按《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012规定的100年重现期的雪压采用。而旧版规范对此没有明确规定，只是要求按照荷载规范的规定取值；实际设计时，一般情况下还是按照50年重现期的雪压采用的。通过对比荷载规范可以发现，100年重现期雪压通常是50年重现期雪压的1.1～1.2倍[3]。

2 檩条和墙梁加强措施

新版规范仅通过调整风荷载和雪荷载的系数或取值就比旧版规范的荷载取值扩大约1.2倍（主体结构）、1.5～1.7倍(维护结构)。因此，在新版规范的要求下，檩条和墙梁的设计要引起格外关注。下面仅讨论檩条和墙梁设计时常采用的几种措施。

2.1 增大檩条截面模量

采用实腹式檩条做强度验算时，根据强度计算公式M/W≤f，3 V/2 ht≤fv，W=bh2/6，增大截面模量可以减少截面强度。增大截面模量最有效的措施是增大截面高度，其次是增大截面厚度。当只对一根檩条增大截面尺寸受限时，也可以采取双檩条，背对背形式或者口对口形式都可以，不过这种情况只有在采用C形檩条时可以使用。另一种思路是尽量减小弯矩设计值，由弯矩公式M=(ql2)/8可知，通过减小檩条间距可以减小均布荷载设计值q，也可以减小檩条的跨度l能够实现；不过减小檩条跨度需要调整刚架柱距，在柱距已经确定的情况下不容易调整。

2.2 连续檩条

当采取连续檩条时，因支座处檩条有负弯矩，负弯矩可有效抵消跨中正弯矩，所以连续檩条可有效减小截面尺寸，实现较好的经济效益。为实现这一目标，连续檩条在支座处必须进行嵌套搭接，且搭接长度不宜小于檩条跨度的10%。根据浙江大学和同济大学所做的连续檩条实验，连续檩条的刚度随嵌套搭接长度的增加而增加。当嵌套搭接长度趋近10%的檩条跨度时，再增加搭接长度对檩条的刚度影响很小；另一方面，嵌套搭接长度取10%（单边取5%）的跨度可满足搭接端头的弯矩值不大于跨中弯矩。但需注意，对于端跨的檩条，为满足搭接端头的弯矩不大于跨中弯矩，需要加大搭接端头50%[1]。

2.3 桁架式檩条

若荷载更大，上述设计不能满足要求时，也可以采用桁架式檩条。在旧版规程中，虽然提到了格构式檩条的概念，且指出包含平面桁架式、空间桁架式或下撑式檩条，但是再无其他论述，也没有给出具体的计算公式。新版规范中，不仅详细列出了平面桁架式檩条的设计要求，还有理论计算公式。新版规范没有再给出空间桁架式或下撑式檩条的计算公式，笔者认为在门式钢架结构房屋中，平面桁架式檩条的跨度已足够大，已经可以满足绝大部分设计项目要求；若平面桁架式檩条都不能满足要求，则要复核柱距或者房屋的结构选型。