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【摘 要】轻型钢结构不仅屋面荷载较轻，杆件截面较薄较小，而且钢结构还具有材质均匀、应力计算准确可靠、工业化程度高、加工制造简单、运输安装方便等特点，被广泛应用于工业厂房中。本文结合某轻型钢结构工业厂房实例，从柱网布置、屋面布置、柱间支撑布置、屋盖支撑布置、墙面结构布置提出了轻钢结构厂房设计布置，分析了轻钢厂房结构的构件设计和节点设计，阐述了轻钢厂房现场安装连接主要采取的措施。
【关键词】钢结构设计；轻钢结构；厂房设计；门式刚架
对于钢结构设计方法，我国自《钢结构设计规范》（GBJ17-87）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18-88）颁布起，采用极限状态设计方法，而在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102-98）中直接参照国内外轻钢结构设计规范采用极限状态设计法。轻型钢结构厂房设计要点有设计布置、构件设计、节点设计等。
1 工程概况
某钢结构工业厂房采用轻型门式刚架结构体系，厂房跨度42m，长度90m，柱距6m，檐口高度9m，屋面坡度为1：20，屋面墙面均采用镀锌钢板。厂房主体钢结构设计合理使用年限为50年，抗震设防烈度为八度，地震分组为第一组；建筑抗震设防类别为丙类，结构安全等级为二级；场地类别为Ⅱ类；地面粗糙度为B类。钢架采用Q345B钢材，焊条采用E50。
2 轻钢结构厂房设计布置
2.1 柱网布置
由于本厂房荷载较小，故选用质量较轻、工业化程度较高、施工周期短、结构形式较简单的轻型门式刚架结构。确定柱距应该与跨度相协调，跨度较大可以扩大柱网，这样可以满足厂房的通用性，扩大生产面积，节约用地，加快建设速度，提高吊车的服务范围。因此本厂房刚架采用两跨，每跨21m的跨度，柱距7.5m。
2.2 屋面布置
根据屋面压型钢板的规格，檩条沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102-2002中6.3.5和6.3.6的规定，应在檩条三分点处设置一道拉条，拉条采用Φ10圆钢，圆钢拉条设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内，屋脊拉条为刚性。
2.3 柱间支撑布置
根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定应在厂房两端第一柱间设置柱间支撑，并应在中间一个柱间设置柱间支撑，柱间支撑分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置。两端设上柱支撑，中间设上下柱支撑。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。当有起重量不小于5t的吊车时，柱间宜采用型钢支撑。
2.4 屋盖支撑布置
由于本厂房长90m，宽42m，根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定，将整个厂房可划分为一个温度区段。因此在厂房两端第一个柱间支撑设置横向水平支撑。此外，还应在厂房中间柱间内设置屋盖横向水平支撑，并应在上述相应位置设置刚性系杆。
2.5 墙面结构布置
根据墙板的板型和规格，墙梁的布置沿高度方向间距每隔1.5m布置一道，根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定，本厂房跨度7.5m>6m，应在跨中三分点处各设置一道拉条，拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱和墙架柱，且应每隔5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重，拉条为Φ10圆钢。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定，设置门柱窗柱，且由于门柱、窗柱需承受墙板重及自重，所以应考虑为双向受弯构件。
3 轻钢厂房结构设计
3.1 构件设计
构件设计时首先是选择材料，为了施工时工程管理方便通常主结构使用单一钢种，但从经济角度考虑又会选取不同强度钢材的组合截面。设计实践表明，当构件强度起控制作用时，适宜选取Q345，当稳定控制时则适宜选取Q235。但实践经验表明采用软件进行构件设计时，要注意以下一些问题：（1）软件在做构件的截面验算时，计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定，特别是对于节点连接情况复杂或变截面的构件，结构工程师应该逐个检查。（2）对于构件强度不满足时，一般会加大组成截面的板件厚度，如抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。（3）对于变形超限，通常不应加大板件厚度，而应加大截面的高度，这样设计就比较经济。
3.2 节点设计
连接节点的设计是轻型钢结构厂房设计重要步骤，在结构分析前，应该对钢结构节点的形式预先确定，应避免最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。在设计时根据传力特性不同，节点分刚接、铰接以及半刚接。连接的不同对结构影响较大，例如刚接节点虽然承受弯矩但不会产生较大转动，不符合结构分析中的假定，会造成计算数据的变形小于实际工程变形，因此合理地选取节点连接方式是一个关键问题。节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
4 钢结构厂房现场安装连接
门钢的安装需根据设计图纸的要求精心施工，安装程序应保证结构形成稳定的空间体系，且不能使结构永久变形。运输存放安装以及后续的结构的涂装和隔热均应符合相应的质量验收标准。本工程现场安装连接主要采取以下措施：（1）钢柱与基础锚栓的连接采用双螺母加焊。（2）压型板与檩条采用自攻螺栓连接。（3）屋面檩条与檩托采用M12永久螺栓连接；屋面支撑采用M16安装螺栓加焊；钢架安装时先做好临时支撑，屋面檩条安装好后，将支撑花篮螺丝拧紧；各构件之间必须保证连接可靠。
参考文献：
[1]钱永旺.浅谈轻型钢结构厂房设计的几个问题[J].山西建筑，2008，26（12）．
[2]张宜辉.浅谈轻钢结构门式钢架的设计体会[J].四川建材，2011（5）.
[3]钢结构设计规范GB50017-2003[S]．北京：中国建筑工业出版社，2003．
[4]冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002[S]．北京：中国计划出版社，2002．
[5]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102-2002[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．
【关键词】钢结构设计；轻钢结构；厂房设计；门式刚架
对于钢结构设计方法，我国自《钢结构设计规范》（GBJ17-87）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18-88）颁布起，采用极限状态设计方法，而在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102-98）中直接参照国内外轻钢结构设计规范采用极限状态设计法。轻型钢结构厂房设计要点有设计布置、构件设计、节点设计等。
1 工程概况
某钢结构工业厂房采用轻型门式刚架结构体系，厂房跨度42m，长度90m，柱距6m，檐口高度9m，屋面坡度为1：20，屋面墙面均采用镀锌钢板。厂房主体钢结构设计合理使用年限为50年，抗震设防烈度为八度，地震分组为第一组；建筑抗震设防类别为丙类，结构安全等级为二级；场地类别为Ⅱ类；地面粗糙度为B类。钢架采用Q345B钢材，焊条采用E50。
2 轻钢结构厂房设计布置
2.1 柱网布置
由于本厂房荷载较小，故选用质量较轻、工业化程度较高、施工周期短、结构形式较简单的轻型门式刚架结构。确定柱距应该与跨度相协调，跨度较大可以扩大柱网，这样可以满足厂房的通用性，扩大生产面积，节约用地，加快建设速度，提高吊车的服务范围。因此本厂房刚架采用两跨，每跨21m的跨度，柱距7.5m。
2.2 屋面布置
根据屋面压型钢板的规格，檩条沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102-2002中6.3.5和6.3.6的规定，应在檩条三分点处设置一道拉条，拉条采用Φ10圆钢，圆钢拉条设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内，屋脊拉条为刚性。
2.3 柱间支撑布置
根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定应在厂房两端第一柱间设置柱间支撑，并应在中间一个柱间设置柱间支撑，柱间支撑分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置。两端设上柱支撑，中间设上下柱支撑。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。当有起重量不小于5t的吊车时，柱间宜采用型钢支撑。
2.4 屋盖支撑布置
由于本厂房长90m，宽42m，根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定，将整个厂房可划分为一个温度区段。因此在厂房两端第一个柱间支撑设置横向水平支撑。此外，还应在厂房中间柱间内设置屋盖横向水平支撑，并应在上述相应位置设置刚性系杆。
2.5 墙面结构布置
根据墙板的板型和规格，墙梁的布置沿高度方向间距每隔1.5m布置一道，根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定，本厂房跨度7.5m>6m，应在跨中三分点处各设置一道拉条，拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱和墙架柱，且应每隔5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重，拉条为Φ10圆钢。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定，设置门柱窗柱，且由于门柱、窗柱需承受墙板重及自重，所以应考虑为双向受弯构件。
3 轻钢厂房结构设计
3.1 构件设计
构件设计时首先是选择材料，为了施工时工程管理方便通常主结构使用单一钢种，但从经济角度考虑又会选取不同强度钢材的组合截面。设计实践表明，当构件强度起控制作用时，适宜选取Q345，当稳定控制时则适宜选取Q235。但实践经验表明采用软件进行构件设计时，要注意以下一些问题：（1）软件在做构件的截面验算时，计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定，特别是对于节点连接情况复杂或变截面的构件，结构工程师应该逐个检查。（2）对于构件强度不满足时，一般会加大组成截面的板件厚度，如抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。（3）对于变形超限，通常不应加大板件厚度，而应加大截面的高度，这样设计就比较经济。
3.2 节点设计
连接节点的设计是轻型钢结构厂房设计重要步骤，在结构分析前，应该对钢结构节点的形式预先确定，应避免最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。在设计时根据传力特性不同，节点分刚接、铰接以及半刚接。连接的不同对结构影响较大，例如刚接节点虽然承受弯矩但不会产生较大转动，不符合结构分析中的假定，会造成计算数据的变形小于实际工程变形，因此合理地选取节点连接方式是一个关键问题。节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
4 钢结构厂房现场安装连接
门钢的安装需根据设计图纸的要求精心施工，安装程序应保证结构形成稳定的空间体系，且不能使结构永久变形。运输存放安装以及后续的结构的涂装和隔热均应符合相应的质量验收标准。本工程现场安装连接主要采取以下措施：（1）钢柱与基础锚栓的连接采用双螺母加焊。（2）压型板与檩条采用自攻螺栓连接。（3）屋面檩条与檩托采用M12永久螺栓连接；屋面支撑采用M16安装螺栓加焊；钢架安装时先做好临时支撑，屋面檩条安装好后，将支撑花篮螺丝拧紧；各构件之间必须保证连接可靠。
参考文献：
[1]钱永旺.浅谈轻型钢结构厂房设计的几个问题[J].山西建筑，2008，26（12）．
[2]张宜辉.浅谈轻钢结构门式钢架的设计体会[J].四川建材，2011（5）.
[3]钢结构设计规范GB50017-2003[S]．北京：中国建筑工业出版社，2003．
[4]冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002[S]．北京：中国计划出版社，2002．
[5]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102-2002[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．