門式鋼架夾層設計

1、【摘要】對帶夾層的門式鋼架廠房中夾層的設計進行了分析，提出了夾層布置的3種方法和夾層設計的方法以及應注意的問題?！娟P鍵詞】門式鋼架；夾層；結(jié)構布置【中圖分類號】TU391【文獻標志碼】B目前鋼結(jié)構廠房多以門式鋼架為主。根據(jù)生產(chǎn)線工藝的不同，以及甲方的要求的不斷提高，常常將生產(chǎn)線和辦公區(qū)，甚至食堂、洗浴等都集中放在一座廠房里。廠房向大型化、多功能化發(fā)展。為了充分利用廠房內(nèi)凈空高度高的特點，夾層被廣泛使用。夾層一般都采用組合樓板，常用于辦公

2、室、設備機房、活動區(qū)等。相對于輕鋼屋面來說，夾層一般都自重大，使用荷載大。1夾層的布置除了個別情況，如一些設備夾層為了管道好走，將夾層布置的廠房中部位置外，大多數(shù)廠房的夾層都布置在廠房的端部。有的布置在端部一角，有的布置在端部一兩個柱距。一般情況下如果甲方將夾層區(qū)布置在端部整個跨度時，我們都建議甲方將整個夾層區(qū)和主廠區(qū)中間設置抗震縫脫離出來。因為主廠房的主要承重結(jié)構為單跨或多跨實腹門式鋼架，具有輕型屋蓋，是門式鋼架體系，采用的是《門式鋼

3、架輕型房屋鋼結(jié)構技術規(guī)程》（CECS102:2002）。而夾層采用的是組合樓板，自重大，使用荷載大，不符合《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構技術規(guī)程》的使用范圍，需要使用《鋼結(jié)構設計規(guī)范》（GB500172003）進行設計。這樣必定會造成結(jié)構設計復雜化。盡管建筑都有蓋縫措施，大多數(shù)甲方仍然不希望在建筑物中設置一道縫。這就需要結(jié)構設計師們來解決這個問題了。目前對于夾層的結(jié)構布置有3種方法。1）夾層縱橫向鋼梁與鋼柱均為剛接，夾層梁與廠房鋼柱在縱橫向也

4、剛接，如圖1。這種方法一般先進行廠房橫向排架計算，將夾層橫向梁柱和主廠房排架梁柱一起計算。然后再建立一個夾層的縱橫向框架模型進行單獨計算。參考兩個模型的計算結(jié)果進行夾層的梁柱設計。這種方法相當于把一個門式鋼架體系和一個框架體系連接在了一起。這樣做使得廠房的結(jié)構體系不清晰。尤其是在水平荷載作用下時，鋼結(jié)構體系要求的柱頂位移為1500，而門式鋼架體系無吊車時是160或1100，有橋式吊車時是1400或1180?？蚣荏w系的整體剛度要大于門式鋼

5、架體系的整體剛度。如果夾層布置在廠房一角，或者布置不對稱，這就造成整個廠房剛度不均勻。在地震荷載作用下廠房會發(fā)生比較大的扭轉(zhuǎn)，這對結(jié)構是不利的。在計算方法上，目前國內(nèi)大多數(shù)設計院都使用的是PKPM系列軟件，還沒有簡單易行的整體計算方法，對這種扭轉(zhuǎn)效應無法準確分析，因此夾層結(jié)構要盡量避免這種布置方法。圖1夾層縱橫向鋼梁與鋼柱剛接，夾層梁與廠房鋼柱剛接2）為了避免框架體系對排架體系的影響，最徹【文章編號】10079467（2009）1100

6、4702門式鋼架夾層設計■翟煜（中機十院國際工程有限公司，北京100083）廠房柱：夾層柱：夾層梁：鋼接節(jié)點：鉸接節(jié)點：柱間支撐：ArchitecturalStructuralDesign建筑與結(jié)構設計47底的解決方法就是夾層縱橫向鋼梁與鋼柱還是剛接，但夾層梁柱與廠房鋼柱在縱橫向脫開，不連接在一起，如圖2。形象一點講就是在主廠房內(nèi)部單獨再建一個夾層，夾層和主廠房沒有任何聯(lián)系。這種房中房結(jié)構使得兩種體系各自單獨受力。如果廠房內(nèi)的夾層面積比

7、較小，并且夾層范圍內(nèi)沒有廠房柱，這種脫開的布置方法結(jié)構體系清晰，結(jié)構計算也比較簡單。但是，如果夾層的面積比較大，夾層范圍內(nèi)存在廠房柱，這種結(jié)構布置就有幾個問題。首先，夾層梁不能連接在廠房柱上，就只能設置雙柱，一個是夾層柱，一個是廠房柱。這樣就會減少建筑使用面積，有時還會影響到建筑布置、設備擺放等。其次，如果夾層柱不和廠房柱挨著布置，夾層的組合樓板也常常需要在廠房柱處開洞并且還要預留一定的位移縫，讓廠房柱穿過夾層并且保證廠房柱在水平力的作

8、用下不會和組合樓板碰撞。圖2夾層縱橫向鋼梁與鋼柱鋼接，夾層梁柱與廠房鋼柱脫開3）最后一種方法是夾層自身不按框架結(jié)構布置，而是和廠房一同按橫向排架布置，如圖3。如果廠房柱的抗側(cè)移剛度足夠的話，夾層的橫向梁可以設成連續(xù)梁，夾層的柱子上下鉸接，夾層的橫向梁和廠房的柱子鉸接。如果廠房柱的抗側(cè)移剛度比較小，可以考慮將夾層的梁柱剛接，夾層的梁和廠房柱也剛接，這樣使夾層和廠房一同抵抗側(cè)向力。由于夾層也按排架布置，在縱向，夾層的梁與柱都設置成鉸接。為了

9、抵抗縱向水平力的作用，這時需要在夾層縱向設置柱間支撐。夾層自重大，使用荷載大，所以夾層的柱間支撐一般不采用圓鋼柔性支撐，而是采用型鋼剛性支撐。這種結(jié)構布置雖然夾層和廠房連接在了一起，并且適用的規(guī)范也不一樣，但是兩者的結(jié)構體系是統(tǒng)一的，都是排架體系，結(jié)構受力明確，計算分析也比較方便。在具體工程設計時設計人員可以根據(jù)夾層的平面形狀、布置范圍和位置、荷載的分布、支撐的布置情況等選擇具體的結(jié)構布置方法。2夾層的設計1）樓板設計。夾層一般采用組合

10、樓板，就是壓型鋼板（樓承板）上現(xiàn)澆混凝土。這種方法的優(yōu)勢在于施工時不需要滿堂腳手架支撐系統(tǒng)，也不需要使用混凝土模板系統(tǒng)。在樓板混凝土施工完成后，壓型鋼板也不需要拆除。因此施工速度比傳統(tǒng)樓板快。根據(jù)壓型鋼板是否和混凝土共同工作分為組合板和非組合板。需要注意的是，如果按照組合板設計，壓型鋼板不僅只作為模板使用，并且還是參與受力的，這就需要考慮壓型鋼板的防火問題。為保證在火災的情況下，壓型鋼板不會馬上失去強度，常需要在壓型鋼板下噴防火涂料。夾

11、層的樓板還有一種樓層桁架次梁體系。由于次梁采用的桁架梁，并且可以采用可循環(huán)使用的底模板，所以它的綜合造價要比組合樓板低。圖3夾層和廠房均按橫向排架布置2）節(jié)點設計。由于夾層采用的是《鋼結(jié)構設計規(guī)范》，在進行夾層梁柱節(jié)點設計時，如果梁柱節(jié)點采用的是剛接節(jié)點，按照《建筑抗震設計規(guī)范》應滿足其8.2.8條，以保證梁柱強連接弱構件的原則。在實際設計中有3種方法可以達到強連接弱構件的原則：梁加翼緣蓋板，局部加寬翼緣寬度，設置骨形連接。夾層的梁柱設

12、計應注意需要用《鋼結(jié)構設計規(guī)范》復核腹板高厚比和翼緣寬厚比?！緟⒖嘉墨I】【1】CECS102:2002門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構技術規(guī)程[S].【2】GB500172003鋼結(jié)構設計規(guī)范[S].【收稿日期】20090831翟煜（1977～），男，河南蘭考人，工程師，從事結(jié)構設計，（電子信箱）zhai.Yu@。廠房柱：夾層柱：夾層梁：剛接節(jié)點：矯接節(jié)點：柱間支撐：廠房柱：夾層柱：夾層梁：剛接節(jié)點：鉸接節(jié)點：柱間支撐點：作者簡介建筑與結(jié)構設計A