歐本桁架檁條在重型鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面的應(yīng)用

唐鵬

田小川

陳明

〔上海歐本鋼結(jié)構(gòu)〕

摘要：從分析模型和用量?jī)煞矫骊U述歐本桁架檁條與傳統(tǒng)高頻焊H型鋼在大柱距重型吊車廠房中的應(yīng)用。對(duì)歐本桁架檁條與傳統(tǒng)的高頻焊H型鋼的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比照，證明在大柱距的重型廠房屋面采用歐本桁架檁條的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。同時(shí)，結(jié)合已經(jīng)或正在施工的實(shí)例工程，介紹歐本屋面桁架檁條的用法。

關(guān)鍵詞：歐本桁架

屋面檁條

應(yīng)用

引言

金屬建筑系統(tǒng)中屋面檁條是重要的次結(jié)構(gòu)構(gòu)件，檁條是擱置在屋面主結(jié)構(gòu)上的水平構(gòu)件，其上一般鋪設(shè)金屬屋面板〔有的時(shí)候附保溫〕。通常9米柱距左右的檁條，采用冷彎C、Z型形式，經(jīng)濟(jì)性良好。當(dāng)建筑柱距〔通常等于檁條跨距〕大于12米時(shí)，冷彎型鋼C、Z型檁條無(wú)法通過(guò)計(jì)算，這種情況下可以考慮采用桁架檁條。

重型工業(yè)廠房屋面系統(tǒng)

重型工業(yè)廠房有別于普通的廠房，其吊車起重量大、廠房高度高、承受荷載大等。在布置柱網(wǎng)尺寸時(shí)，為滿足生產(chǎn)工藝的要求，符合標(biāo)準(zhǔn)提出的經(jīng)濟(jì)合理、平安適用的要求，重型廠房的柱網(wǎng)通常較大。12m、15m、18m等為常用柱距，也是重型工業(yè)廠房中比較經(jīng)濟(jì)的柱距。因跨度與荷載原因，此類廠房的屋面檁條通常采用焊接H型鋼或高頻焊H型鋼，但屋面檁條折合每平米用鋼量通常到達(dá)15kg/m2以上，而歐本桁架檁條系統(tǒng)，在這種結(jié)構(gòu)形式中，就具有無(wú)可比較的優(yōu)勢(shì)。

歐本桁架檁條由上弦、下弦、腹桿組成，上下弦均采用M型冷彎薄壁型鋼，腹桿采用焊接圓管，其主要經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)在“空腹〞。其斷面形式如下列圖一所示。

圖一

由于桁架的每米重量跟桁架的高度關(guān)聯(lián)度不高，而桁架的承重能力卻與桁架高度成正比，利用這一特點(diǎn)，適當(dāng)加大桁架的高度，其承重能力就大大提高。下面我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明歐本桁架檁條在重型吊車廠房屋面系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。

黃海造船船體車間,總建筑面積44000m2,分高跨與低跨二局部，因高跨與低跨情況類似，現(xiàn)以高跨為例進(jìn)行說(shuō)明。建筑剖面圖如下列圖所示，常規(guī)柱距為12m，局部包括16m柱距，根本風(fēng)壓為0.55kn/m2,因近海，地面粗糙度為A類，恒載為0.2kn/m2,吊掛荷載為0.3kn/m2,根本雪壓為0.5kn/m2,無(wú)其它荷載；

對(duì)于屋面檁條，因常規(guī)的C、Z型檁條在現(xiàn)有荷載條件下無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)受力要求，下面我們以常規(guī)的軋制H型鋼、高頻焊與歐本桁架檁條進(jìn)行比照說(shuō)明（以常規(guī)柱距12m為例,檁條間距1.5m），如表一所示；

表一

類型

規(guī)格

單重（kg/m）

材質(zhì)

備注

熱軋H型鋼

HM244x175

43.56

Q235

高頻焊H型鋼

H250x200x6x8

36.14

Q235

歐本桁架檁條

500RJ2.5/2.3

12.80

Q235

從表一可以看出，歐本桁架檁條的單位用鋼量不及熱軋H型鋼、高頻焊H型鋼檁條的一半重量；

在此類型廠房的應(yīng)用中，歐本桁架檁條還有一個(gè)H型鋼無(wú)法擬的優(yōu)勢(shì)，那就是歐本檁條還有一種可兼作系桿的桁架式檁條,其斷面形式如圖一所示；

下面我們?cè)僖詡鹘y(tǒng)的屋面圓鋼管系桿與可兼作系桿的歐本桁架檁條進(jìn)行比照一下：我們?cè)O(shè)定系桿所需承受的軸力為80kn,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，受壓構(gòu)件的細(xì)比應(yīng)控制在200以內(nèi)，計(jì)算結(jié)果如下（系桿長(zhǎng)度12m計(jì)算）：

焊接圓管方案：鋼材等級(jí)：235，系桿截面為焊按圓管180*4.5，系桿平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)：1.000，系桿平面外計(jì)算長(zhǎng)度：12.000m構(gòu)件強(qiáng)度:

32.244

f=215.000

（N/mm2）；

平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比：λx=193.308

＜

[λ]=

200.000，構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力:

162.925

f=215.000（N/mm2）；

平面外長(zhǎng)細(xì)比超限：λy=193.308

＜

[λ]=

200.000，構(gòu)件平面外穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力:

162.925

f=215.000（N/mm2）；構(gòu)件單位重量為19.48kg/m；

檁條兼作系桿方案：構(gòu)件型號(hào)：500RJ2.8/100x3.0矩形管,上弦截面:M

2.80，材料為Q235,下弦截面:100*3矩形截面，材料為Q235;圓鋼管腹桿，上弦桿件強(qiáng)度:σ=132.145<=205

N/mm2；上弦桿件穩(wěn)定：σ=146.793<=205

N/mm2；下弦桿件強(qiáng)度：

σ=

97.9294<=215

N/mm2；下弦桿件整穩(wěn)：

λmax=76.4161，σ=134.241

<=215

N/mm2；構(gòu)件單位重量為16.95kg/m；

從以上兩組數(shù)據(jù)可以看出，歐本檁條在兼作系桿后，在同等受力情況下，兼作檁條與系桿雙重功能后歐本檁條的重量仍然比單純的系桿輕〔相比H型鋼檁條與系桿重量之和，甚至比單純系桿的重量還要輕〕；其經(jīng)濟(jì)性能不言而喻；

在此類型屋面中，歐本桁架檁條還有一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)：兼系桿的桁架檁條下弦可與屋面的剛性交叉支撐共同組成屋面的支撐系統(tǒng)，重型廠房的屋面支撐系統(tǒng)，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求與設(shè)計(jì)習(xí)慣，通常會(huì)采用屋面剛性支撐，歐本兼系桿的檁架檁條方管下弦可以很方便的與屋面剛性支撐連接，并可兼作縱向剛性系桿。一來(lái)減小了屋面剛性交叉支撐的簡(jiǎn)支跨度，防止屋面剛性支撐由于跨度太大，在自身重力作用下引起的下?lián)希辉俅?，?jiǎn)潔美觀，又大大節(jié)約了用鋼量；

屋面支撐系統(tǒng)布置圖一

在重型鋼結(jié)構(gòu)廠房中，歐本桁架檁條的連接也非常簡(jiǎn)單。桁架檁條的安裝和Z形檁條不同，桁架檁條是采用簡(jiǎn)支鉸接連接，每端用二個(gè)普通螺栓連接，不存在Z形檁條連續(xù)搭接的問(wèn)題。但是桁架式檁條的支撐系統(tǒng)比冷彎薄壁型鋼檁條系統(tǒng)要復(fù)雜些。

桁架檁條與屋面梁連接

桁架檁條兼系桿與屋面梁連接

檁間支撐

對(duì)于桁架系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，支撐是必要的，并且它有以下幾種構(gòu)成形式。

水平

水平支撐由兩根水平的連續(xù)構(gòu)件構(gòu)成，一根構(gòu)件設(shè)置在桁架的上弦，另一根設(shè)置在桁架的下弦。支撐與桁架的連接應(yīng)用螺栓連接或者焊接的連接方法，但無(wú)論使用那種連接方法都必須保證至少抵抗保證檁條平面外穩(wěn)定所需的水平方向力。水平支承的長(zhǎng)細(xì)比（l/r）不應(yīng)超過(guò)300，其中l(wèi)是水平支撐的固定點(diǎn)的間距，b)

斜向

斜向的支撐應(yīng)當(dāng)使用長(zhǎng)細(xì)比（l/r）不超過(guò)200的交叉桿件，其中?是支撐在聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，r那么為支撐件的最小回轉(zhuǎn)半徑。而當(dāng)交叉的斜支撐在交叉點(diǎn)上連接的話，支撐的計(jì)算長(zhǎng)度l那么為交叉點(diǎn)到桁架弦桿的距離。斜支撐與桁架弦桿的連接方法可以是螺栓連接或是焊接.檁間平行支撐

檁間交叉支撐

下表為廈門廈順?shù)X箔公司冷軋車間各型號(hào)檁條情況下的用鋼量比較：

類型

10m

12m

15m

備注

規(guī)格

高頻焊

H250x150x4.5x8

H250x200x6x8

H300x200x6x10

桁架檁條

450RJ2.0/2.0

450RJ2.3/2.5

550RJ2.8/2.8

單重（kg/m）

高頻焊

27.11

36.14

44.36

桁架檁條

9.57

10.91

12.35

材質(zhì)

高頻焊

Q235

桁架檁條

Q235

備注：1.荷載條件

根本風(fēng)壓為0.80kn/m2,地面粗糙度為B類，恒載為0.2kn/m2,活載為0.50kn/m2,根本雪壓為0.35kn/m2,無(wú)其它荷載；

分析手段

桁架檁條可采用常用鋼構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行分析。但由于特殊的弦桿截面特性，常用鋼構(gòu)計(jì)算軟件計(jì)算起來(lái)比較麻煩。為此，歐本公司與同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了Opentool桁架計(jì)算工具箱，有關(guān)Opentool計(jì)算工具箱及更多桁架檁條系統(tǒng)信息請(qǐng)查閱：.