综合

门式刚架与钢框架的区别(深入》了解轻钢工程之门式刚架结构)

大家口中的轻钢,一般指的是门刚(这儿讨论的是狭义的门刚。有人说鸟巢、央视大楼也是门刚,从广义上说,也可以这么认为),即门式刚架轻型钢结构厂房,按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(简称“门规”)设计;所谓的普钢,一般指的是传统钢结※构厂房,按《钢结构设计规▆范》(简称“钢规”)和《建筑抗震设计ξ规范》(简称“抗规”)设计。

为啥要为门刚单独编个规范呢?相信大家都理解,特别地为某种结构编个规范,那¤就意味着它不符合现行规范体系,需要单独的规范给它的卐诞生开个准生证。那么很显然,门规特别为门刚规定了啥,实际上就代表了门刚的特征,也就是门刚与普钢的本质区别。事实上,用一句话可以▆归纳,门刚∑ 的实质,就是在普钢的基础上,经过简化或者降低◥某些要求,带有自己体系特征的钢结构。

1、门刚的╲基础是普钢

经常有人说,门刚的本质特①征是考虑了构件的屈曲后强度。事实上,钢规在4.4节明确规定▼了受弯构件考虑屈曲后强度的计算方法,而5.4.6条则给出了受压构件的屈曲后强度计算方法,基本思路与门规一致。同时№规范规定,有疲劳问题的构件不允许考虑屈〖曲后强度。所以,在设计中考虑屈曲后强度,并非门刚所特有,普钢也有这个规定←。

事实上,门刚中关于整体结构和构件的受力计算,均是基于常规的结构力学和钢结卐构理论,与普钢并无本质的区别。在构件校核时※,门规在钢规基础上给出了一套】专门针对门刚特点的计算公式(因为现行的钢规未完全覆盖至门刚)。但究其力学本质,并没脱离常规钢结构理︾论。

这一点在门规的○主要参考对象——美国的MBMA手册(Metal Building Systems Manual, MBMA)中表现更为明显。MBMA手册中并没有结构和构件计算的具体内容,只是索引参考美国↓钢结构协会AISC 360规程,即钢结构设卐计规范。也就是说,美国的钢规已经覆盖了门刚的计算。

2、门刚简化了什么

门刚厂房的々结构,是在传统普钢厂房√基础上进行简化后的产物。

由于结构尺度和荷载较小,门刚的横向框架实际上采用了最简洁的实腹式框架结构,梁柱连接◤为安装便捷的端板连接,而非普◤钢中常见的格构式排架或框架(梁柱连接为焊接或栓焊混接)。

由于吊★车吨位不大,柱距较小,门刚的吊车梁系统一般不需要采用普钢⊙中复杂的制动系统,仅采用吊车梁自身抵抗侧向力或者设置较为简单的制动结构。

由于□柱距不大,门刚中屋面和墙面一般均为檩■条直接架越两榀框架,不需采用普钢中常见的托梁和墙架柱。山墙一般采用抗风柱直接将风荷载传递至基础和屋①面,不需要像普钢那样设置墙架ㄨ柱和抗风桁架等构件。

门刚的屋面钢梁之间一般直接≡设置圆钢或者型钢支撑,靠檩条、系杆和隅撑体系来保证屋面【梁的稳定,不需要采用普钢中的横向水平支撑、纵向水平支撑和竖向支撑系统来维系结构整体性和屋♂面构件的稳定性(事实上屋面轻型化后普钢中也有借鉴门刚屋面隅撑体系的做法)。

檩条-隅撑体系实际上部分等价于普钢厂房中屋面竖向支撑系统。而檩条-隅撑系↓统成立,需要进行隅撑◎和檩条的一些验算来确保,但在门规中并没有明确这一内容,笔者将专题⊙进行讨论。

从上述内容可以看到,门刚〖实际上是因为荷载小、柱距小、构件薄柔等因素,在普钢的基础上简化成了一套带有自身@特征的典型的结构系统。

?3、门刚降低了哪些要求?门刚在普钢的基础上,主要〓降低了变形、抗震构造(长细比、构件⌒ 截面宽厚比等)要求。

可以清楚地々看到,由于金属压型板围护的变形适应性,门规中将结构侧移、构件@ 挠度等变形控制要求大大地降低了。钢结构由于刚度较小,变形控制的情况并☆不少见。变形要求的放宽,使得按普钢变形控制远不满足规范要求的门刚得以♀实现,更使得铰接柱脚、摇摆柱等设计成为可能。

虽然门规貌似也提出了抗震要求,但与抗规一刀切的抗震构ㄨ造要求做法对比,明显灵活≡而且要求较低(事实上门规按“小震”控制与否来判断是否需要进行抗震设计的做法并︻不妥当。抗震设♂防的基准是“中震”,而同时门刚延性较差)。导致的事实是,按门规进行门刚设计,在大部分情〇况下免除了普钢按抗规设计时的严格抗震构造要求,如构件截面的板件宽厚比、长细比、连接极限承载力等。这是门规针ぷ对门刚重量一般较轻的事实而开辟的一块自留地№。

4、 门刚的体系特征

门式刚架钢结构具有其自身鲜明的体系特征,所▃以需要从整个体系上去把握和理解其内在逻辑】,而不能割裂开来用传统普钢的眼光去挑三拣四。

笔者在前文中已经表述过门刚中的蒙皮作用,这是门刚体系得以成立的一个内▲在体系特征。这儿说的蒙皮,是指门刚构件较为薄柔,金属围护压型板可对其稳定形成可靠的支撑,并非蒙皮参与结构整体受◤力。这一点需要特别』加以甄别,同时也是门规没有明确指出但是却隐含的内容。

门刚的变形要求低,构件薄柔,重量轻,所以允许采用圆钢支■撑等作为抗侧力系统,也允许采用圆钢拉条作为檩条的面外支撑。

门刚一般为低矮房屋,风荷载也有着显著的特征。门规事实上『参考美国MBMA手册(等同ASCE 7 - Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures对于18m以下建筑的规定,可见美国的“荷载规范”覆盖了门刚的风荷载规定)原样引入了其考虑内压和外压的风荷载计算∮体系以及具体的体型系数等,并且与荷载规范协调,规定了1.1和1.5的风荷︼载调整系数。

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