钢结构厂房中墙架系统及节点优化设计

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1、冶金之家网站钢结构厂房中墙架系统及节点优化设计刘银萍，李双河，张金岭(鞍钢集团工程技术有限公司，鞍山114021)摘要：介绍了钢结构厂房墙架采用矩形钢管连续墙架梁的设计方法及简支墙架梁的优化设计。关键词：墙架梁；简支结构；连续结构；矩形钢管1前言钢结构厂房墙架系统主要承担墙体、窗户等维护结构的重力以及水平风荷载的吸力和压力。传统的设计思路是将墙架梁按照简支梁进行设计，竖向每隔一定距离设置加强桁架(加强横梁)。这种设计方法使墙架梁跨中弯矩和变形较大，不能充分发挥钢材的性能，且加强桁架(加强横梁)容易和窗户口相碰，使用起来非常不方便。在钢结构厂房墙架系统应采用矩形

2、钢管连续墙架梁的设计方法对简支墙架梁进行优化设计。2传统设计思路墙架梁通常是用于支撑轻质墙体围护结构的构件，是一种承受竖向荷载(墙体自重)和水平荷载(水平风荷载)的双向受弯构件，以水平风荷载为主。墙架梁一般设计成简支梁。墙梁的支托经常采用T形支托，支托上配有与之连接的螺栓。当墙梁跨度在6m及6m以上时，两墙梁间设置竖向拉条，并且每隔5道墙架梁设置加强桁架(加强梁)。传统的设计思路的立面效果见图1。3墙架系统优化设计思路近年来随着经济及技术水平的发展，钢结构厂房的应用也是越来越广泛。它不仅仅只是用于工业生产的需要，同时在各行各业也有广泛的用途。因此对其施工的方便

3、性和美观上也有了相应的要求，本文探索采用矩形钢管连续墙架梁的设计方法对简支墙架梁进行优化设计，尝试不再需要那种立面繁琐、制作复杂的传统模式。3．1传统墙架系统结构的设计方法(1)墙架梁的支承形式为：墙架梁通常按简支结构设计。(2)墙架梁应满足强度、稳定和容许挠度的要求：验算强度和稳定时，应按水平和竖向双向受弯计算；验算挠度时，墙架梁应按荷载的标准值进行挠度计算。3．2对墙架梁优化的设计方法在满足墙架梁强度、稳定承载力及容许挠度的前提下，利用对支座节点的处理方法将墙架梁按照连续梁进行设计。冶金之家网站以厂房跨度30m，墙架柱间距6m，墙架梁问距1．8m(非窗口处

4、)，风荷载标准值为ω0=0．5kN／m2，墙板重20kg／m2(非自承重墙板)，风压高度变化系数1．25(约20m高度处)，地面粗超类别为B类，风载体型系数-1，墙架梁之间不设置拉条，取消加强桁架(加强梁)为例，将简支结构和连续结构所需的墙架梁截面进行比较。3．2．1传统设计(简支结构)(1)墙架梁采用C型钢180×70×20×3．0自重7．79kg／m，风荷载标准值：(6)窗口上下檩条采用[18a，加强桁架采用[18a与角钢＜75×6的组合截面，拉条采用Φ18mm圆钢。式中：ω0，ωk——基本风压及风荷载标准值；μs，μz——风荷载体型系数及风压高度变化系数

5、；qx，qy——坚向及水平方向荷载标准值；Mx，My——坚向及水平及风荷载对x，y轴的弯矩；Wnx，Wny——对x，y轴的净截面抵抗矩；γx，γy——截面塑形发展系数；Φb——梁得整体稳定系数。3．2．2优化设计(连续结构)(1)墙架梁采用冷弯薄壁方钢120×60×4自重10．48kg／m风荷载标准值：冶金之家网站(4)变形计算连续结构时变形情况如图3所示(5)窗口处也采用薄壁方钢取消拉条及加强桁架，优化后的厂房立面效果如图4所示。3．2．3对比计算结果冶金之家网站从以上计算过程中不难发现，经优化的结构形式有三大优点。(1)优化后墙架梁自身的截面特性可以保证其

6、在风力作用下稳定承载力和变形要求，因此可以取消两墙架梁间拉条及加强桁架。(2)因为原有设在在两墙架梁之问的拉条以及加强桁架的取消，可以在两墙架梁之间直接布置窗洞口，使得结构整体立面形式变的简洁明快。(3)连续结构墙架系统节省工程总造价。①取消墙架梁之间拉条(一般为圆钢或方钢)节省一部分工程造价。②取消墙架梁之问加强桁架节省一部分工程造价。③窗洞口处不需要采用槽钢加强，仍可采用方钢截面，这样又节省了一部钢材用量。④由于方钢自身的截面特性决定其制作安装的费用也是相当的低廉。4对墙架梁支座节点进行优化设计墙架梁支座节点的设计最关键要保证墙架梁为连续梁。即使墙架梁的截

7、面尺寸足够，它在支座处的设计不合理，也会导致整个连续结构的失效，所以，墙架梁的支座处的合理构造相当重要。4．1传统节点设计目前常规设计的墙架梁均为简支梁，它在支座处连接方式通常采用以下形式(以冷弯薄壁方钢为例)如图5所示。这种连接方式因为连接用节点板较多，所以焊缝较多，耗钢量相应也较多，立面效果看起来繁琐、复杂、不美观。因此，随着经济技术水平的发展将逐渐被淘汰，取而代之的将是一种新颖、可靠并且经济的连接方式。4．2节点的优化设计墙架柱与墙架梁连接节点的优化设计，重中之重是支座处能够有效的传递双向弯矩，使墙架梁的纵横两方向与支座之间均有焊缝相连。经一系列的分析比

8、较后发现，可以选用一个比墙梁稍大一型号