轻钢结构屋面在钢筋混凝土框架结构体系的应用.pdf

3 2 C H E MI C A L E NG I N E E R I NG DE S I GN 化工设计 2 0 0 9 。 1 9 ( 4 ) 轻钢结构屋面在钢筋混凝土框架结构体系的应用 曹慧娟 昊华工程有限公司北京1 0 0 1 0 1 摘要 介绍现场已成桩的某化工项目的综合控制楼 ， 在对其上部结构进行重新设计过程中， 在既要 实现建筑顶层有部分大空问，又要满足现有桩的承载力要求的情况下，通过多方案比选 ，采用变截面焊接 工字型钢梁的轻钢结构屋面体系的最优方案。同时，分析型钢梁的结构计算模型和计算限值的选取，提出 设计中应注意的问题和要遵循的规范等 ，可供类似工程参考。 关键词 已成桩大空间井字梁梯型钢屋架计算模型限值 1 工 程 概 况 吉 要 该工程为昊华工程有限公司承接的某化工项 平面见图 1 。 耳中配套的综合控制楼，长为 8 m 6= 4 8 m，宽 y y q m m r E 了 1 l I J MI l I - 秸 LJ l 库 品库 备品库 = 围 星 1 1 r = I ll l 配 电 富 11 i 1 L l J L = l 上 骞 表宝 I 库房 ； 体豇宝 I * j ln 1 、 L J L J I l l q 图 1 底层建筑平面图 ( 0 0 0 0 ) 需要说明的是 ，基础桩位图是几年前 由当地 选择合理的上部结构方案 ，同时还需按照现行 的 的一家设计 院设计 的，且现场 已完成桩 位 图施 设计规范 ，重新验算并复核桩的承载力 ，以满足 工。建筑专业根据新确定 的平面功能及立 面设 现有桩基础设计要求 。 计，对原有建筑用途、功能分区和柱距进行重新 调整。为了节约建设费用， 避免不必要的资金浪 费，如何充分合理利用现场已成桩 ，设计者面临 的难题 ：结构专业 既要考虑新的建筑设计要求 ， 2 方案选择 根据新的建筑功能要求，结合当地抗震设防 烈度等情况 ，工程 主体采用钢筋 混凝 土框架结 曹慧娟 ：高级工程师，国家一级注册结构师。1 9 8 8年毕业于西安建筑科技大学工业与民用建筑专业。长期从事结构设计。联 系电话 ：( 0 1 0 )5 1 3 7 2 7 5 3 ，Ema i l ：c a o j u a n z i s i n a c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曹慧娟轻钢结构屋面在钢筋混凝土框架结构体系的应用 3 3 构 ，尽可能利用原有桩 ，其上现浇钢筋 昆 凝土承 台 ，形成桩基础。以培训室的结构设计为例 ，说 明为 了实现第三层 ( 即8 1 m建筑平面 ，见图2 ) 的 1 8 m 2 0 m大空间培训室 的建筑 功能要求 ， 充分合理利用现场 已有桩基础所进行的结构多方 案 比选。 y y y 柏 _ - 腱 仪 分析 分析 分析 星 办登蜜 办公事 办公室 办 窜 库房 星 1 1 r l量 r 目 _ i j 潮 室 一 J J L J L L ， k 产 b 生产 难产 资科室 仪表瓠件问 匡 基 基 办公室 办公室 办公室 办公室 1 _ j 图2 第三层建筑平面图 ( 8 1 0 0 m) 2 1 方案一 延伸下层的柱网至顶层 ，框架体系不变 ，结 构受力合理 ，计算明确 ，各柱分担上部结构荷载 后，传给基础的力较小 ，桩基础承载力较易满 足，但 中间框架柱伸 出 8 1 m至屋面，影 响大开 问形成 ，不能满足建筑的使用功能要求。 2 2 方案二 若取消中问框架柱 ，1 8 m x 2 0 m大开 间的 屋面，采用钢筋混凝土井字梁 ，这种情况下 ，不 仅要采取结构措施 ，处理边角缺柱带来的井字梁 支座生根问题，而且经过计算，边柱荷载增大， 原有桩数不 能满 足承载 力要求 ，必 须补桩。但 是，一方面受限于现场施工条件，另一方面打桩 设备二次进场，费用增加，不经济， 所以，井字 梁方案不可取。 2 3 方案三 采用有檩体系的钢结构屋面，可减轻屋面荷 载，满足边柱的桩基础承载力要求。若选用国标 轻型屋面梯型钢屋架中的 1 8 m跨钢屋架，结 构设计较简单 ，但 屋架高度远超 出女儿墙高度 ， 影响建筑立面效果 ，而且 ，梯型钢屋架影响室 内 美观。 2 4方 案 四 经多方案 比较 ，决定采用 1 8 m跨 焊接工 字 型钢梁。依照跨度， 若采用等截面梁，梁高度根 据跨 中弯矩确定 ，靠近支座处弯矩小 ，支座处的 梁截面没有充分发挥作用 ，利用率低 ，不经 济。 若采用变截面粱、C型檩条、具有保温隔热效果 的复合压型钢板的轻钢结构屋面体系，则既能满 足受力要求，又能符合建筑屋面排水的坡度需 要 ，岂不一举 两得 ，因此 ，此方案 最经 济 、合 理。故在、 轴梁支座处，柱顶或 梁顶预留锚栓与型钢梁连接 ，见图 3 。 图 3 变截面焊接工字型钢梁示意图 3 计算模型及受力分析 确定了 1 8 m跨屋面采用变截面焊接工字型 钢梁，梁下翼缘水平，上翼缘随梁腹板高度变 化 ，满足建筑屋面排水坡度要求的方案。在计算 分析过程中有两点值得注意。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m C H E MI C A L E N GI N E E R I NG D E S I GN 化 工设计 2 0 0 9， 1 9 ( 4 ) 3 1 正确选取结构计算模型或者受力简图 ( 1 )轻钢屋 面梁与钢筋混凝土柱或梁 的连 接按铰接考虑，钢梁按 1 8 m跨简支梁计算，计 算简图和弯矩图见图4。 ， 图 4 按铰 接简支梁 考虑的计算简图和弯矩 图 ( 2 )设计者若把它简 化为 门式 刚架 ，计算 简图和弯矩图见图 5 。 7 7 I I I 图5 简化为门式刚架的计算简图和弯矩图 人为把支座端梁截面高度看作 门式刚架柱 ， 端节点看作刚接点 ，这样的计算简图算出的支座 弯矩不为零 ，比实际大 ，而对应的跨中弯矩 ，计 算值比实际偏小，不安全 。 3 2 结构构件的变形容许值和受力分析过程 3 2 1 结构构件的变形容许值 门式刚架轻 型房屋 钢 结构 技术规 程 和 钢结构规范的要求是不同的。工字型钢梁和 檩条等受弯构件的强度、整体稳定、局部稳定计 算，构造要求以及变形计算的容许值，均要满足 钢结构规范 ，如型钢梁永久 和可变荷载标 准 值产生的挠度的容许值 ，应取 自 钢结构规范 附录表 A 1 1 中1_ 4 0 0 ，而不是 门式刚架轻型 房屋钢结构技术规程 中的 L 1 8 0 。屋面梁 、檩 条及支撑布置等在满足 钢结构规范的同时， 也应遵循 抗震规范 的抗震构造措施要求。 下 期 要 目 3 2 2 受力分析过程 正确的受力分析过程是： ( 1 )依据屋面荷载 ，计算 出简支梁跨 中弯 矩 ，从而确定梁的跨中截面尺寸。 ( 2 )根据建筑屋面坡度 ，先估 算 出支座 处 梁的截面高度。 ( 3 )再将整跨粱对称分成若干段 ，复核每段 梁弯矩 ，所对应的梁截面高度 ，是否满足要求。 ( 4 )若任一段 ，如 AA处 ，梁截面高度不 满足计算弯矩要求 ，则要按建筑屋面坡度 ，重新 调整跨中和支座的梁高 ，直至 AA处 ，梁截面 高度满足计算要求为止。 为使计算简便快捷，可利用 P K P M钢结构辅 助设计 中工具栏 内的简支梁计算程序 ，依上述方 式进行多次试算 。 4 结语 ( 1 )该工程设计施工完成后，已使用三年 多，运行 良好。 ( 2 )此种轻钢结构屋面体 系又在随后 的两 个工程 中得 以推广运用 ，效果都不错 。 因此 ，工程设计中，重视前期结构分析 ，多 方案比较，选出既满足建筑功能及各专业要求， 同时也达到结构安全可靠和经济合理要求的最优 方案 ，才能创造出较满意的设计效果 ，获得 良好 的综合效益。 非电解质水溶液的密度计算 常减压蒸馏装置减压系统管道设计 硝酸钠转化法制取硝酸钾新工艺 参考文献 1 G B 5 0 0 1 7 -2 0 0 3 钢结构规范 S 北京：中国计划出 版社 ，2 0 0 3 2 C E C S 1 0 2 ：2 0 0 2 门式 剐架 轻 型房 屋 钢结 构 技术 规程 s 北京：中国计划出版社， 2 0 0 3 3 0 5 ( ； 5 1 5 轻型屋面梯形钢屋架 S 】北京：中国计划 出版社 ( 收稿 日期 2 0 0 90 51 4 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m