双坡轻钢结构门式刚架的内力计算

2015-12-25殷余宝安徽马钢工程技术集团有限公司安徽马鞍山243000

江西建材 2015年4期

关键词：门式刚活荷载轻钢

■殷余宝 ■安徽马钢工程技术集团有限公司，安徽马鞍山 243000

1 引言

轻钢结构门式刚架具有自重轻、用钢省、造价低、可跨越跨度大，在抗震设防烈度7度及以下地区受地震影响较小，制作、安装快捷等优点，近年来在工程中的应用日益增多。

轻钢结构门式刚架自重较轻，受屋面活荷载的影响较大。屋面活荷载主要包括不上人屋面活荷载(即屋面施工及检修荷载)、雪荷载，有些生产中有大量排灰的厂房及其邻近建筑还需要考虑积灰荷载。

目前，对轻钢结构门式刚架进行内力计算和分析的软件主要为PKPM系列钢结构门式刚架STS-PK结构计算和分析程序。该程序较简单，能够为结构设计人员所掌握，不同设计人员之间的争议点主要集中在屋面活荷载的选取和屋面活荷载的布置方式上。

2 规范对不上人屋面活荷载的有关规定

不上人屋面活荷载通常指直接作用在支撑轻屋面的结构或构件上的施工荷载或检修荷载，主要考虑的是施工检修期间屋面临时堆积及大量施工检修人员的荷载。《建筑结构荷载规范》GB50009表5．3．1中，将不上人屋面均布活荷载标准值规定为0．5KN/m2，另在注1中说明“不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用;对不同类型的结构应按有关设计规范的规定采用，但不得低于0．3KN/m2”。美国荷载规范ASCE7-95规定“对支撑轻屋面的构件或结构，当受荷的水平投影面积超过60m2时，不上人屋面均布活荷载标准值取为0．3KN/m2”，但是这个值仅适用于只有一个可变荷载的情况，当有两个及以上可变荷载参与组合(比如尚有屋面积灰荷载)，不上人屋面均布活荷载仍应取为0．5KN/m2。很显然，根据规范的要求，常规的轻钢结构门式刚架计算时，不上人屋面活荷载是可以取为0．3KN/m2的，因为一般的轻钢厂房通常是不考虑屋面积灰荷载的。

3 规范对屋面雪荷载的有关规定

轻钢结构厂房大多为双坡屋面，本文只讨论双坡屋面的雪荷载。《建筑结构荷载规范》GB50009第7．1．2规定“基本雪压应采用按本规范规定的方法确定的50年重现期的雪压;对雪荷载敏感的结构，应采用100年重现期的雪压”。对雪荷载敏感的结构主要是指大跨、轻质屋盖结构，此类结构的雪荷载通常是控制荷载，在极端雪荷载作用下容易造成结构整体破坏，后果特别严重，因此建议将基本雪压提高至100年重现期的雪压，但这应由相关规范或标准作具体规定。

《建筑结构荷载规范》GB50009表7．2．1第2项给出了单跨双坡屋面的积雪分布系数，结合注1“第2项单跨双坡屋面仅当坡度在20°～30°范围时，可采用不均匀分布情况”可知，轻钢厂房的积雪分布应按均匀布置，因为轻钢厂房的屋面坡度一般都在5°以下。

《建筑结构荷载规范》GB50009第7．2．2条指出:在计算屋架和拱壳时，应分别按全跨积雪的均匀分布、不均匀分布和半跨积雪的均匀分布按最不利情况采用。

4 双坡轻钢结构门式刚架的内力计算方法

双坡轻钢结构门式刚架内力计算时，由于屋面活荷载起控制作用，所以屋面活荷载的选取及屋面活荷载的布置方式至关重要。轻钢结构门式刚架计算时，是否需要考虑不上人屋面活荷载的不均匀分布，规范中没有明确规定。个人认为，考虑到施工检修期间屋面堆积荷载及检修人员荷载的不确定性，应该考虑不上人屋面活荷载的不均匀分布。

在考虑屋面雪荷载时，是否一定要按照规范第7．2．2条的规定分工况进行分析取最不利情况。个人认为，常规的轻钢结构厂房(不包括有高出屋面的天窗及女儿墙等形成明显高差的情况)屋面的坡度一般都很小，屋面积雪能够均匀分布，也能够均匀融化，只需考虑屋面积雪全跨均匀分布(即雪荷载一次加载)即可。有不同意见认为，需要考虑下雪时屋面清雪的工况，这样就仍需考虑规范7．2．2条的各种工况。个人认为，规范规定的雪压值已经充分考虑了结构的安全，没有必要进行屋面清雪，而且屋面清雪人为的造成了屋面荷载的不均匀分布，是一个画蛇添足的举动。

在双坡轻钢结构门式刚架内力计算时，不上人屋面活荷载与屋面雪荷载是否应取较大值的工况进行分析。个人认为，不应该只取荷载较大值的工况，而应该按不上人屋面活荷载和雪荷载两种工况分别进行计算，取两种工况的计算结果的最不利效应进行构件截面设计。

5 工程算例

5．1 设计基本条件

本工程位于安徽省马鞍山市郊区，地面粗糙度为B类，场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为6 度(0．05g)，基本风压0．40，基本雪压 0．65，屋面恒载0．3;本厂房结构形式为轻钢结构门式刚架(双坡三跨)，跨度为24m，柱距7．5m，檐口高度为8．2m(不设女儿墙)，屋面坡度1/15，厂房内无吊车;本工程所用钢材均为Q345B级钢，预估构件截面见图1。