单层大跨度门式刚架结构施工研究

单层大跨度门式刚架结构施工研究

彭勃1 ,包亚程2 ,周鑫宇3

中建新疆建工（集团）有限公司 新疆维吾尔自治区新疆乌鲁木齐市         830000

摘要：现如今，我国是社会经济迅猛发展的新时期，大跨度高空间的房屋采用门式刚架结构，不仅通透性强、视觉效果好，而且更能体现出自重轻、安装简便、成本低和施工速度快等特点。该文结合重庆工程职业技术学院学生活动中心采用单层大跨度刚架的工程实际，分析了该工程的施工难点，论述了大跨度门式刚架及彩钢板屋面结构的工艺过程、施工技术和纠偏校正方法，以及保证施工安全的应对措施。

关键词：大跨度；门式刚架；开行路线；吊装；纠偏与校正

引言

目前，现代化工业呈现出规模化、集约化的发展趋势，工业企业的建设规模逐渐扩大，轻型门式刚架结构被广泛应用到厂房建设中，充分体现出经济性和环保性优势。在门式刚架应用期间，应对现有钢结构进行加固处理，采用门式刚架提升厂房荷载能力，使厂房改造效果更加显著。

1问题

钢结构因自其自重轻、施工周期短、抗震能力强、抗震能力强等优势和特点被人们广泛应用，门式刚架结构重量轻、构件细长，易变形，且安装精度要求高，因此选择合理的安装顺序是保证整体结构安装质量的重要环节且单层门式钢结构钢柱的安装采用一次安装的方式，由于长度较长，制作时容易产生钢柱自身的扭曲，安装焊接时焊接应力也容易产生偏差，使钢柱离轴线位置，进而影响工程质量。

2单层大跨度门式刚架结构施工研究

2.1节省成本，合理布置结构

在正常情况下，大跨度门式刚架厂房一般会根据实际建筑的使用情况和工艺要求来确定，通常会采用9～35m，跨度在20～30m，有着最高的性价比。刚架的用钢量一般要根据其间距的大小而定，但吊车梁用钢量会随刚架间距的增大而增加，对照以往的施工经验，可以发现用无桥式吊车5～8m并与跨度相匹配，大跨度往往采用大柱距，在3～5m最为适合，如果使用10t以上的吊车或较大的悬挂荷载时柱距在6m左右。平均的门式刚架高度在4～9m，而且桥式吊车不超过12m，屋面的坡路在1/8～21/1，屋面排水满足生产要求，尽量取坡度的最小值，可以有效减少风荷载，节省建筑材料，如果风荷载不是很大，房屋高度不高时可以适当地减少刚架的用钢量，在刚架中间柱可采用两端均为铰接的方式。如果厂房的建筑设计跨度不是很大，可以采用单脊双坡的形式，在其他条件都满足的情况下，在房脊两侧各需一根檩条，多一根房脊就需要多一根檩条，同时也要增加室内排水沟的用料，避免出现刮风下雨的情况，导致厂房积水积雪，增加厂房的荷载，如果负载过大会渗漏到厂房当中，给企业造成影响，如果厂房的跨度大，可以通过位移控制设计，采用双坡增加刚架的用钢量。因此，从节省成本、增加经济效益的角度来讲，可以采用多脊多坡的方式。

2.2构件整合

刚架设计完毕后，还要考虑经济性，减少钢的用量，对各个构件进行整合，以免相互影响。在构件整合期间，设计变量和刚度矩阵均为单一线性关系。尺寸优化的重点在于敏度分析，即在构件形式固定的情况下，通过调整构件尺寸实现省钢目标。在计算期间，根据有限元应力与位移情况进行敏感性分析，获得最优构件尺寸，实现优化目标。截面采用最优化理论，以最少用钢量为目标，以各种设计规范内的限制条件为约束条件，采用数学法求解，最终获得理想的答案；也可以根据以往经验对比多个可行的截面形式，选出最节省材料的一种。

2.3大跨度人字形刚架的吊装

①人字形刚架的组装为便于人字形刚架的吊装，在吊装前须用螺栓将两个人字形构件组装好，并斜向平卧在地坪上。为防止人字形刚架在吊装的过程产生过大的变形，应在人字形刚架下面(斜长/3)处，用两端为扁状钢管与人字形刚架螺栓连接。为便于吊装，人字形刚架采用两点绑扎。同时还应在刚架的两端绑扎拉绳，以控制吊装时刚架的摆动和保证刚架的准确就位。②开行路线的选择由于连接后的人字形刚架跨度大，为便于吊装，起重机选择跨中开行，停机点选择在该榀人字形刚架的后方3m处，每个停机点吊装一榀人字形刚架。③安装可移式门型脚手架为便于人字形刚架与钢柱的连接及屋构件的安装，在人字形刚架吊装前，须在门式刚架轴线的一侧安装可移式门式脚手架，并在其操作层上铺设脚手板，以利于工人施工操作。为防止可移式脚手架在施工过程中发生倾覆，须在门型脚手架的两侧用细钢丝绳锚固在地锚上。④人字形刚架的吊装吊装人字形钢架前，先将起重机开行至停机点，再将起重机升臂并升钩，把人字形刚架起吊至超过钢柱顶0.3m处，拉动溜绳使其刚架旋转至安装位置，并缓慢降钩。只要人字形刚架对准柱顶的螺栓孔时，迅速穿入高强螺栓，将刚架与钢柱连接起来，从而形成门式刚架。

2.4加固后构件的验算方法

根据理论上的补加力，计算实际最大张拉力：所有拉杆如果用直径为5mm高强钢丝束(A=19.6mm2)，其强度设计值为f=103MPa；弹性模量E=2.0×105MPa；计算出每根高强钢丝所能承受的最大拉力为N=f×A=19.6KN。如果选图3斜拉杆5为例：计算可得到理论最大张力为F=65KN，需要4根高强钢丝。考虑到拉索松驰和预应力锚具的压缩等因素，实际张拉力按下式计算：Fk=（F/0.95）+(△a×EA/L)F:理论计算张拉力；Fk:实际张拉力；0.95:高强度钢丝束或钢缆拉索的松驰系数。△a：预应力锚具压缩总量，采用密实螺母或塞环式锚头时，取1mm；采用楔块式锚头时，取为20mm；A：拉杆面积；E:弹性模量；L:拉杆总长度。本设计中锚具压缩总量取1mm；拉索总长度6米，理论上最大拉力为F=65KN,按上面公式可得到实际张拉力为Fk=(65000/0.95)+（1×200000×19.6×4/6000）=71KN比较合理。（2）压杆承受的压应力和失稳计算：用于加固刚架的受压杆选用外径为D=108mm厚度为4.5mm的Q345-B钢管，压杆端部用直径30mm的普通钢筋拉紧，张拉时用花篮螺栓固定其端部。保证压杆是两端铰接的受压构件。计算压应力的公式为：σ=N/（ΦA）<=fσ:压杆压应力；N:压力设计值；A:压杆截面积；Φ：压杆稳定系数；f:钢材抗压强度设计值对于外径为D=108mm厚度为4.5mm的Q345-B钢管，是B类截面，如果用4.2m长度，根据规范查表得到轴心压杆稳定系数为0.349，最大压杆受力取中柱上面的压杆，按实际张拉力F=71KN计算出轴心压力N=100.4KN，代入上面公式可以算出其压应力为196.7MPa

结语

（1）重庆工程职业技术学院的学生活动中心，采用单层大跨度门式刚架结构，一改过去钢筋混凝土结构密柱的做法，不仅通透性强，视觉效果好，而且更能体现出自重轻、安装简便、成本低和施工速度快等优点。（2）学校人多且具有流动性，无论是单层大跨度门式刚架结构，还是其他结构的施工，必须充分考虑施工对路人的威胁，人多对施工的安全产生制约。在编写施工方案时，其施工时间宜选择在假期，把它作为开学钥匙工程来做，更能做到快速、安全和低耗的施工要求。（3）屋面采用了新型隔热保温材料，与其他屋面相比，不仅屋面结构质量轻，施工速度快，成本低，达到冬暖夏凉效果，而且可节约大量能源，符合建筑节能的要求。

参考文献

[1]GB50017-2017，《钢结构设计标准》[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2]GB51022-2015，《门式刚架轻钢房屋钢结构技术规范》[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.