混凝土框排架柱H型钢屋面梁厂房结构设计

混凝土框排架柱H型钢屋面梁厂房结构设计轻钢结构在工业设计中越来越多的被采用。尤其是，厂房柱采用混凝土柱、屋面梁采用H型实腹钢梁的结构形式。对于该结构形式规范还没有提出明确的规定。文章就上述问题进行初步探讨。

0引言

所谓轻钢厂房是指以彩钢板作为屋面和墙面，以薄壁型钢作檩条和墙梁，以等截面或变截面的焊接“H”型截面作为梁柱，现场用螺栓或焊接拼接的门式刚架为主要结构的一种建筑，再配以零件、扣件、门窗等形成比较完善的建筑体系，即轻钢结构体系。这种体系由工厂制作，现场按要求拼装形成。轻钢建筑在一些发达国家已被广泛应用于工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑。在我国，随着压型钢板、冷弯薄壁型钢、H型钢的引进和发展，轻钢结构体系也引起了普遍的重视。在工业建筑设计中，钢结构以其自重轻、建设周期短、适应性强、外表美观、造价低、可作大跨度、抗震性能好、现代感强、易维护等优势越来越受到建设单位的青睐，跨度也越做越大，30米以上跨度已屡见不鲜。这必将成为以后设计的主导方向。

1计算模型

混凝土柱与钢梁采用铰接连接，混凝土柱底采用刚接（图1），多跨情况下的中间混凝土柱与钢梁的连接，钢梁连续，混凝土柱铰撑于钢梁底面。

2设计的规范依据

这类结构形式显然已经超出《门规》的使用范围，且计算模型也与《门规》第4.1.2条界定的模型有明显区别，结构类型应按“单层钢结构厂房”，抗震地区且选择了地震作用计算，PKPM（STS）程序会按照《抗震规范》第九章关于单层钢结构厂房的规定进行控制；混凝土柱应按《混凝土结构设计规范》进行设计，满足《混凝土结构设计规范》相应要求，钢梁满足《钢规》相关要求，当采用工字形变截面梁时，屋面坡度使梁构件中必然存在轴力，由于《钢规》仅把屋面梁作为受弯构件计算，无法计算轴力对梁构件的影响，而《门规》把屋面梁作为压弯构件计算，故梁构件承载力的校核应采用按《门规》进行校核，以考虑轴力的影响与变截面梁的稳定计算，这样更符合实际情况，但局部稳定应满足《钢规》和《抗震规范》的要求；在挠度控制上《钢规》和《门规》都对这类结构形式没有明确的规定，《钢规》的屋面梁挠度允许值为L/400（表A.1.1），《门规》的刚架斜梁挠度允许值为（L/180）（表3.4.2-2），如按《钢规》挠度要求进行控制，所计算的屋面梁在强度满足的情况下仍要加大梁截面来满足挠度限制要求，所得屋面梁的截面较大、用钢量也较大，通过对图2和图3的比较可以看出跨度及受力相同的屋面钢梁在满足《钢规》要求的挠度限制的条件下计算所得的屋面梁截面要比满足《门规》要求的挠度限制的条件下计算所得的屋面梁截面大很多，经统计用钢量多21%。究竟哪个控制指标更符合这种结构形式？通过咨询许多钢结构厂家的技术人员，并结合大量已完工的不同跨度该种结构形式的厂房，得出轻型屋面体系对钢梁挠度不是非常敏感，故在有经验的情况下可较《钢规》的挠度控制指标（L/400）适当放宽，这样不会影响厂房的安全性和使用功能，但具体挠度控制指标还应待相关规范的详细规定。

3单榀的设计时，应采用混凝土柱与钢梁整体建模分析

钢梁对混凝土柱的约束反力与混凝土柱本身的刚度是直接相关的，为反映真实的内力情况，应该进行整体分析，并以整体分析的结果来设计基础、混凝土柱的配筋与钢梁。把它们割裂开来分别进行设计，往往给设计结果带来不安全的隐患：

3.1如果在柱与基础设计时，没有考虑屋面斜钢梁对柱的推力，会导致柱配筋与基础的设计严重偏小，按这种方式设计的结构在安装过程中就有可能出现基础被翘起、混凝土柱顶位移过大、柱身出现裂缝、钢梁挠度过大等问题；

3.2在分析钢梁时，把钢梁两端视为固定铰支座或建两根很短的下端刚接柱作为支座都会夸大混凝土柱对钢梁的约束作用，导致钢梁轴力增大、跨中弯矩减小、挠度减小等不真实情况，这时往往会出现安装后的钢梁的挠度要大于计算挠度、钢梁有可能整体屈服失稳、局部压屈等不安全问题。

4结束语

综上所述，对于这种结构形式目前没有规范依据，设计者只能通过自己的经验来进行设计，如对屋面钢梁的挠度限制。在建立计算模型时，应该整体建模，以考虑钢梁同混凝土框排架的整体作用；要做到分析模型与具体的连接构造处理相统一。只有做到理论与实际的统一，才能保证设计成果的安全可靠。

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