混凝土柱轻钢屋面及厂房设计

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1、混凝土柱轻钢屋面的厂房设计吴桂峰中铁十一局集团建安公司湖北襄樊441057摘要：混凝土柱，实腹钢梁，轻型钢屋面，这样的厂房不同于全钢结构厂房，设计时不能简单的把门式刚架的钢柱替换为混凝土柱。当然更不能按钢筋混凝土厂房来设计。本文针对此种结构的特点阐述了设计时要注意的几个问题。关键词：混凝土柱轻钢屋面厂房设计1前言单层厂房采用的结构形式，随着吊车起重量、厂房跨度和高度的不同，根据所采用承重结构的材料可分为砖混结构、钢筋混凝土结构和钢结构三种。对于无吊车或吊车起重量不超过5吨，跨度小于15m，柱顶标高不超过8m的小型

2、单层厂房，可以采用砖墙、钢筋混凝土柱和钢筋混凝土屋面梁或屋架的砖混结构，此种厂房比较少见。当吊车起重量超过150吨，跨度大于36m，则应采用钢屋架、钢柱的全钢结构，这种厂房自重轻，跨度大，施工周期短，但造价较高，被广泛用于大跨度或大型厂房。除上述两种情况以外的大部份单层厂房，都可以采用钢筋混凝土（或预应力混凝土）屋架和钢筋混凝土柱的钢筋混凝土厂房。这种结构虽然造价比钢结构低，但自重大，屋架形式受跨度影响大，大跨度屋架施工复杂，工期长。正是在这样的背景下诞生了混凝土柱，实腹钢梁，屋面为轻型钢屋面的结构体系，这类结构具有

3、钢结构跨度大，施工周期短的优点，造价却比全钢结构要低。所以在近几年国内的实际应用中较为常见。下面就这类结构的设计作一下简单的介绍，以供大家讨论。2计算程序设计这类结构仍是用STS里面门式刚架的程序来计算，建模的顺序跟设计门式刚架一样，但由于混凝土柱与钢梁的连接处理难以达到刚接连接，因此梁柱的连接一般采用铰接连接形式，而一般门式刚架结构边刚架柱与梁的连接均采用刚接连接形式，由于连接形式的不同，致使这种体系单榀刚架的受力截然不同于一般的门式刚架，设计时不能简单的把门式刚架的钢柱替换为混凝土柱，应根据这类结构体系的特殊性有

4、针对的进行设计。3连接形式混凝土柱与钢梁采用铰接连接，混凝土柱底采用刚接，多跨情况下的中间混凝土柱与钢梁的连接采用钢梁连续，混凝土柱铰撑于钢梁底面。4规范选择这类结构已经超出门规的使用范围，结构类型应选择“单层钢结构厂房”，如果为抗震地区且选择了地震作用计算，程序会自动按照抗震规范第九章关于单层钢结构厂房的规定进行控制；混凝土柱应按混凝土结构设计规范进行设计，满足混凝土结构设计规范相应要求，钢梁应满足钢结构设计规范相关要求，当采用工形变截面梁时，建议梁构件承载力的校核采用按门式刚架规程进行校核，以考虑轴力的影响与变截

5、面梁的稳定计算，但局部稳定应满足钢结构设计规范、抗震规范的要求；挠度控制，考虑到所采用的轻型屋面体系对钢梁挠度不是非常敏感，在有经验的情况下可较钢结构设计规范的挠度控制指标（L/400）适当放宽。5单榀设计5.1建模单榀设计时，应采用混凝土柱与钢梁整体建模分析。钢梁对混凝土柱的约束反力与混凝土柱本身的刚度是直接相关的，为反映真实的内力情况，应该进行整体分析，并以整体分析的结果来设计基础、混凝土柱的配筋与钢梁。把它们分开来分别进行设计，往往使设计结果带来不安全的隐患：如果在柱与基础设计时，没有考虑屋面斜钢梁对柱的推力，

6、会导致柱配筋与基础的设计严重偏小，按这种方式设计的结构在安装过程中就有可能出现基础被翘起、混凝土柱顶位移过大、柱身出现裂缝、钢梁挠度过大等问题。而在分析钢梁时，把钢梁两端视为固定铰支座或建两根很短的下端刚接柱作为支座都会夸大混凝土柱对钢梁的约束作用，导致钢梁轴力增大、跨中弯矩减小、挠度减小等不真实情况，这时往往会出现安装后的钢梁的挠度要大于计算挠度、钢梁有可能整体屈服失稳、局部压屈等不安全问题。5.2计算程序自动根据整体分析得结果，按照混凝土结构设计规范进行混凝土柱的配筋计算，按选定的钢梁构件验算规范进行钢梁的校核，

7、在布置基础的情况下，同时根据整体分析柱底力完成基础的计算。6整体设计6.1混凝土柱与钢梁的铰接连接处理一般存在三种连接构造处理：完全抗剪连接构造，这种连接构造能够把梁端的推力以剪力的方式完全传递给混凝土柱；完全滑移连接构造，这种连接构造容许梁端相对混凝土柱顶自由滑移，梁端的推力由于相对的滑移而释放，作用力不传递给混凝土柱；介于以上二者之间的部分滑移连接构造，这种连接构造容许梁端相对混凝土柱顶有一定的滑移量，梁端的推力由于相对的滑移而部分释放，剩余作用力以剪力的方式传递给混凝土柱。6.2三种计算模型的内力分析下表为某一

8、单跨结构不同的连接计算模型的分析结果比较：砼柱钢梁连接计算模型不同的分析结果比较表砼柱钢梁连接构造柱底弯矩（kn.m）砼柱配筋（mm2）基础尺寸（mm）钢梁跨中弯矩钢梁最大挠度钢梁应力比①完全抗剪209.016152940194.578.90.9②完全滑移（实算最大滑移：50mm）60.57001820257.297.11.08③部分抗剪（控制