混凝土柱轻钢屋面的大跨度厂房结构设计

轻钢屋面结构设计简述摘要：钢结构房屋尤其是轻钢屋面结构以其自重轻，跨度大、屋面下部空间大等优点在工业建筑中应用日益广泛，本文将介绍以钢梁和檩条作为主受力杆件的轻钢屋面，简述其设计过程，总结其常见的问题和处理办法。

关键词：轻钢屋面结构设计引言伴随着我国经济的快速发展，钢结构房屋尤其是轻钢屋面结构以其自重轻，跨度大、屋面下部空间大等优点应用日益广泛，轻钢屋面结构形式有钢屋架结构、钢梁结构、圆管屋架结构、空间网架结构等。

本文将介绍以钢梁和檩条作为主受力杆件的轻钢屋面，简述其设计过程，总结其常见的问题和处理办法。

轻钢屋面结构设计设计依据-轻钢屋面结构设计依据：《钢结构设计规范》GB50017-2003、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2002、《建筑结构荷载规范》GB5009-2001(2006年版)等规范。

轻钢屋面结构设计设计内容1、轻钢屋面荷载的选取：一般当屋面无特殊要求时，采取彩钢板作为屋面维护结构时，可取恒荷载标准值为0.3kN/m2，活荷载可依据按不上人屋面考虑取值0.5kN/m2,，依据屋面的有无积灰荷载和当地自然环境因素考虑雪荷载，此时设计时应考虑让雪荷载或不上人屋面均布活荷载两者中的较大值与积灰荷载同时考虑。

屋面风荷载可依据《建筑结构荷载规范》对应章节进行取值设计。

2、屋面钢梁与混凝土柱的连接形式：依据笔者的设计经验，当屋面跨度不大于15m时，采用屋面钢梁与混凝土柱铰接，跨度大于15m时，采用屋面钢梁与混凝土柱刚接，这样设计较为合理经济。

施工过程中钢梁与混凝土柱铰接很好实现。

因混凝土与钢材的材料性质、施工条件等因素两者之间刚接较为困难，笔者一般通过在混凝土柱顶加短钢柱，让钢柱与混凝土柱刚接来实现此处节点刚接，或在混凝土柱顶四周预埋厚度不小于20mm厚钢板，用钢筋将四周钢板连接起来，通过混凝土的浇筑与混凝土柱形成整体，再通过钢梁与钢板焊接来实现此处节点刚接。

浅谈混凝土排架柱H型钢屋面梁厂房结构设计随着现代社会的不断发展，为了满足厂房的抗震和功能要求，轻钢结构在工业厂房中被越来越多采用。

H型钢在各个方向上都具有抗弯能力强、结构重量轻、施工简单、节约成本等优点，因此其作为屋面梁的结构形式成为目前一种重要的轻钢结构形式。

本文针对混凝土排架柱H型钢屋面梁厂房结构设计进行相关论述。

标签：混凝土排架柱；H型钢屋面梁；结构设计目前轻钢厂房经常采用混凝土柱和H型钢屋面梁的结构形式，即混凝土排架柱H型钢屋面梁厂房，本文主要是指人字型H型钢屋面梁。

一、概述H型钢是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材，其具有以下优点：翼缘宽，侧向刚度大；抗弯能力强，比工字钢大约5%-10%；与焊接工字钢相比，成本低，精度高，残余应力小，无需昂贵的焊接材料和焊缝检测，节约钢结构制作成本30%左右；相同截面负荷下，比传统钢结构重量减轻15%—20%；翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便；与砼结构相比，可增大6%的使用面积，而结构自重减轻20%—30%。

H型钢屋面梁就是采用H 型钢作为厂房屋面梁的结构形式，他是在屋面结构中承受来自檩条、屋面板压力的主要结构构件，主要承受弯矩和剪力。

混凝土排架柱是指由屋架（或屋面梁）、混凝土柱和基础组成的，柱与屋架铰接，与基础刚接的基本结构形式，它是厂房的主要承重体系。

其中两边的柱子是一排一排的，屋架支撑在柱子上。

排架柱结构体系的主要特点是刚度和质量分布较不均匀，在地震的作用下扭转效应非常显著。

混凝土排架柱H型钢屋面梁厂房是由H型钢屋面梁、混凝土柱和基础构成横向平面排架，再通过屋面板、吊车梁、支撑等纵向构件将平面排架联结起来，构成整体的空间结构。

其不仅具有排架柱结构体系良好的抗震特点，又具有轻钢结构质量轻的特点，因此被广泛应用于厂房结构中。

二、厂房结构设计特点1.排架结构结构布置的原则是：尽量使柱网对称均匀布置，使房屋的刚度中心与质量中心相近，以减小房屋的空间扭转作用，结构体系要求简捷、规则、传力明确。

混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构节点设计与施工要点作者：唐祁来源：《城市建设理论研究》2013年第35期摘要：本文主要对混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构的节点设计进行分析，并根据相关规程对施工中的要点进行补充，以此来为今后提升轻钢屋盖的施工质量提供一定的参考依据。

关键词：混凝土柱上轻钢屋盖；房屋结构；施工要点中图分类号：TU758.1文献标识码：A所谓轻钢屋盖，主要指的是采用轻型屋面和轻型钢屋架而形成的屋盖结构。

本文结合工程实践经验对这类工程结构的节点设计与施工要点进行分析，以此来供相关部门参考。

一、混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构的主要形式就我国目前混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构的主要形式来看，主要包括两种类型，即混合排架结构和门式刚架结构。

1.1混合排架结构所谓混合排架结构，主要指的是混凝土柱上采用钢两铰直线拱的排架结构。

在混合排架结构的设计中，为了进一步将拱的作用发挥出来，要尽可能将屋面的坡度提高。

从我目前混合排架结构的应用现状来看，主要应用于单跨结构的房屋建设。

1.2门式刚架结构所谓门式刚架结构，主要指的是斜梁采用钢构件的刚架结构。

一般来说，这类结构在受力方面与全钢门式刚架结构基本相同。

因此，在对这种类型结构进行设计的时候，设计人员需要考虑的就是确保设计中涉及到的连接部位满足工程的施工需求。

除此之外，根据工程的施工要求不同，对钢屋盖和混凝土结构设置温度缝的要求也不尽相同，一些工程对二者温度缝的要求是前者的间距可以远大于后者，但是有些工程却严格要求，二者温度缝的间距不可以相差过多。

因此，设计人员必须要根据工程的实际情况将这一问题进行有效协调。

二、轻钢屋盖单层房屋结构的节点设计2.1混合排架柱顶节点设计对于混合排架柱顶节点的设计主要有两种方法，即单排锚栓做法和双排锚栓做法。

前者主要应用于排架跨度较小或带拉杆的两铰直线拱，后者则完全相反，主要适用于排架跨度较大或不带拉杆的两铰直线拱。

具体设计图如图1所示：图1：混合排架柱顶铰接节点为了能够有效提升拱脚的水平剪力作用，应该设置相应的抗剪键。

混凝土柱-实腹钢梁结构形式的计算和设计1.引言自"门式刚架轻型房屋钢结构技术规程"CECS 102：98公布实施以来，门式刚架结构在我国迅速发展，得到越来越广泛的应用，逐渐成为建筑结构中发展最快的结构类型之一。

它以结构简洁、刚度良好、用钢量省、建设周期短及制作安装方便等一系列优点，深受欢迎。

但出于节约钢结构防火、防腐费用或满足建筑功能方面的考虑，慢慢产生了采用混凝土柱-实腹钢梁这种结构形式的工业厂房。

对于此种结构形式，外形类似门式刚架，但其受力又完全不同于门式刚架。

由于目前尚无相应的规范规定，所以设计者对它的争议很多，实际工程中造成的问题和隐患也不少。

本文通过对混凝土柱-钢梁结构形式的分析，谈谈此种结构设计中容易被忽视的问题及实用的设计方法，供设计人员参考。

2.混凝土柱-实腹钢梁结构的分析2.1结构形式和体系混凝土柱-钢梁结构的形式应用最多是双坡单跨或双坡多跨的形式，如图1所示。

横梁为实腹式焊接工字形钢，一般采用变截面。

计算模型混凝土柱脚刚接，混凝土柱与钢梁可采用铰接，也可采用刚接。

混凝土柱-钢梁这种结构形式规范并没有明文规定，严格的来说，它并不是真正意义的门式刚架。

它更像排架，类似于单层工业厂房混凝土柱加梯形钢屋架或轻型钢屋架的做法。

但它又不同于排架结构，排架结构的计算模型假定屋盖是刚性的，受力后横梁的轴向变形忽略不计。

而混凝土柱-钢梁体系中，横梁轴向变形不能忽略，且梁始终对柱有水平力作用。

2.2 设计时规范的选用由于材料及连接形式的不同，致使这种结构形式的单榀刚架受力截然不同与一般的门式刚架，这类结构已经超出了门规的适用范围，故不能直接采用"门式刚架轻型房屋钢结构技术规程"进行设计。

在进行工程设计时，混凝土部分的计算及构造应采用"混凝土结构设计规范"，钢梁部分根据文献[5]的研究，对于具有轻型屋盖或吊车起重量不大的结构，该部分结构的设计、制作和安装可参照轻钢规程执行，但应进行整体分析，包括抗震分析，以考虑混凝土、钢两部分结构之间内力和位移的影响。

大跨度钢结构屋面工程施工技术发布时间：2021-12-20T05:21:16.624Z 来源：《建筑实践》2021年7月第20期作者：李昆黄平[导读] 当前我国经济水平的不断发展，同时也推动了建筑行业的发展进程。

李昆黄平北京建工路桥集团有限公司 100123摘要：当前我国经济水平的不断发展，同时也推动了建筑行业的发展进程。

钢筋混凝土柱实腹钢梁结构中的竖向构件主要是使用到钢筋混凝土构建，而其屋面则应用到钢梁轻型屋面体系，其与成熟结构体系不同，有着施工方便轻钢门式钢架跨度大混凝土结构经济性好等的优势。

关键词：大跨度；钢结构；屋面 1大跨度钢结构常规安装施工方法 1.1 散装高度法高点蚀法首先在地面设置临时支柱，然后利用重型设备将杆悬挂到适当的设计位置，然后将整个结构安装方法捆绑到已安装的临时支柱上。

最畅销的方法有所有的支架和悬挂方法。

整体拼写法通常用于批量拼写。

对于较小的拼写单位，使用挂起方法。

由于高等级狩猎法的优点对于大型重型运输设施来说是不必要的，因此可以适应重载能力较弱或在高处完成装配时运输困难的山区。

1.2 分区或分块安装隔板或块体附件纵向或纵向分为若干个条状单元，沿两个或两个以上方向分为两个块体，将这些单元体组装在地面上，然后悬挂在重型设备的相应位置上，整个结构悬挂在桁架上，网格和网格结构。

这种方法使大多数拼写工作在地面上进行，保证了质量，节省了大多数临时支持，节省了时间，降低了成本。

1.3 滑动高度高度滑动法是将分割好的条形单元沿轨道预先或单独存放，然后移动到相应的位置，将整个附着方法捆绑起来。

采用这种方法，结构的安装可以与下部的其他工作并行进行，缩短了工期。

同时，在地面完成拼字后，条形单元悬挂在平台的滑轨上。

玫瑰的部分可以直接挂在平台上拼写。

因此，这种方法不贵也不贵。

民间建筑。

1.4 整体安装方法整体安装法是将结构成型后直接安装在地板上，将结构送至设计位置的方法。

由于这种方法是在地面完成装配工作，便于保证结构质量，不需要高装配支架，在高处作业危险性较小。

混凝土柱-钢梁门式刚架结构设计探讨张锐【摘要】钢筋混凝土柱实腹钢梁的结构形式在厂房结构设计中得到了广泛的应用,这种结构形式不同于已有成熟结构体系,兼具轻钢门式刚架跨度大、施工方便和混凝土结构经济性好等特点.本文以实际工程为背景,介绍了此类结构的荷载取值、关键构造、模型建立等问题,并对一些关键控制指标给出具体建议.【期刊名称】《建材与装饰》【年(卷),期】2018(000)037【总页数】2页(P72-73)【关键词】门式刚架;混凝土柱-钢梁;厂房结构;挠度限值【作者】张锐【作者单位】广州博厦建筑设计研究院有限公司合巢分公司安徽合肥 230041【正文语种】中文【中图分类】TU398.9序言近年涌现出大量类似门式刚架的混凝土柱加钢梁的单层厂房，门式刚架一般用于大跨度单层厂房，平面布置灵活多变，外表美观、施工方便、易维护、安装简单。

但由于钢材价格的上扬，且各类防火涂料价格昂贵，导致不少业主要求将门式刚架中用量较多的钢柱改为混凝土柱。

类似门式刚架的混凝土柱加钢梁是一种新型结构，现行国家规范、规程[1～4]均未明确指出其设计方法和构造要求，如变形限值、节点连接构造等，使得设计方案各异，尤其因工程承包价的进一步降低，使得此类结构在使用过程中出现许多问题，如钢梁挠度过大、柱头混凝土松动破坏等，甚至发生厂房倒塌事故。

在相关结构论坛以及实际工程设计中也出现了不少针对混凝土柱加钢梁这种组合结构设计的争议[5～6]，表明此类结构形式引起了不少结构设计工程师的关注与讨论。

本文以一实际工程为背景，详细讨论了此类结构的荷载取值、关键构造、建模计算及控制标准等问题，其讨论及分析可为类似工程提供借鉴。

1 工程概况1.1 工程背景某工业园主要由1栋办公楼和10栋工业厂房组成。

厂房均采用框架结构体系，竖向构件采用混凝土柱，屋顶纵向采用变腹板高度连续钢梁，屋顶沿柱网长跨方向为混凝土框架梁。

厂房内布置吊车，吊车梁采用实腹式钢吊车梁。

混凝土柱上轻钢屋盖房屋结构概念设计混凝土柱上轻钢屋盖房屋结构是一种混合结构体系，也可以上说是一种新的结构体系，现行规范还没对其有明确的条文规定，这让众多设计师很迷茫，甚至给设计带来安全隐患。

笔者根据多年的设计经验，写此文愿与众多同行分享和共同探讨。

标签混凝土柱上钢梁的混合结构；计算方法；细节设计1 概述近年来，采用砖墙维护的混凝土柱配轻钢屋盖的房屋设计越来越多了。

这种混凝土框排架加轻钢屋盖的混合结构体系兼顾了两者的诸多优点。

1.1 耐久性：砼梁柱结构，加上砖墙做维护，比纯粹的轻钢结构耐久性更好，这无用质疑；1.2 功能性：轻钢屋顶的参与使得采用本结构形式的房屋在功能使用上更灵活多变。

比如最为普及的此类大跨度单层或多层厂房，让业主使用起来很舒心；还有甲、乙类仓库、超市等此类房屋设计上有泄压要求，采用轻钢屋顶泄压合适不过。

1.3 经济性：轻钢屋顶的采用是砼柱竖向荷重减轻，基础负荷相应减小，造价相应降低；还有轻钢屋盖结构本身造价就比砼低。

1.4 时间性：轻钢屋顶的参与使得施工进度加快，节约工期。

类似门式刚架的混凝土柱加钢梁是一种新型结构，现行所有规范中均未明确指出其设计方法和构造要求，使得完成的设计方案各异，尤其在市场经济环境下工程承包价钱的进一步降低，使得类似门式刚架的混凝土柱加钢梁的设计中也出现了许多问题，如钢梁挠度过大、柱头混凝土松动破坏等，甚至发生厂房倒塌事故。

在亲历此特殊结构体系的设计及其校核工作的过程中，积累了惯用的或者是周围大家共同认可的设计思路及其方法，现笔者写此文愿与众多同行分享和共同探讨。

2 概念设计2.1 伸缩缝设置这种结构布局，在设计方案时经常会遇到设置伸缩缝的问题，究竟如何来进行设置？对于设置伸缩缝的间距，GB50010-2002《钢结构设计规范》已有定论，具体见规范第8.1.5的注明：“厂房柱为其他材料时，伸缩缝间距按相应规范规定”。

所以尽管屋面为轻钢屋面，但伸缩缝的设置还是应按混凝土柱设置，即采用GB50010-2002《混凝土结构设计规范》上的有关规定，仅轻钢屋盖部分缝的设置根据钢结构GB50010-2002《钢结构设计规范》中第8.1.5条。

大跨度轻钢厂房结构设计章节一：绪论1.1 研究背景和意义1.2 研究现状和进展1.3 论文内容和结构章节二：轻钢结构设计理论基础2.1 轻钢结构概述2.2 轻钢结构的材料特性和力学性能2.3 轻钢结构的设计原理和标准章节三：大跨度轻钢厂房结构设计3.1 厂房结构功能需求和基本设计参数3.2 结构系统选型和方案设计3.3 结构荷载计算和结构设计参数确定3.4 结构优化设计和稳定性分析3.5 结构施工及验收要求章节四：大跨度轻钢厂房结构设计实例4.1 实例介绍4.2 实例结构设计参数4.3 实例结构施工及验收情况章节五：总结与展望5.1 研究工作总结5.2 存在的不足和改进措施5.3 未来研究方向和展望第一章绪论1.1 研究背景和意义近年来，轻钢结构建筑越来越受到人们的关注和青睐，因其具有优异的抗震、抗风、抗腐蚀、环保等特点，而且具有成本低、施工速度快、预制程度高等优势，广泛应用于住宅、商业建筑、工业建筑等领域。

大跨度轻钢厂房是轻钢结构建筑的重要组成部分，其较高挑战性和复杂度给结构设计和施工带来更大的挑战。

为了使大跨度轻钢厂房结构能更好地承受风、雨、雪等恶劣天气的考验，在提高建筑物安全性和保障建筑业可持续发展方面，对大跨度轻钢厂房结构的研究和设计具有重要的现实意义。

因此，本篇论文旨在探究大跨度轻钢厂房结构设计理论和实践，总结经验并提出有关建设更为优越的轻型钢构厂房的建议和课程。

1.2 研究现状和进展目前，针对轻钢结构建筑的研究日益活跃，国际上已有丰富的相关文献和标准规范，国内也已出现了大量的应用实例。

但是，大跨度轻钢厂房是较为特殊的一种建筑形式，其所涉及到的诸多问题，如构件设计、连结、刚度和稳定性等方面的问题，尚缺乏较为完备的研究。

有些学者对于轻钢结构的设计、分析及施工，进行了探讨研究。

例如，Wong等人通过试验研究，对轻型钢屋架连接的性能进行了深入研究，并给出了详细的结构设计指南。

高川野和濑川等通过对预制混凝土板与轻型钢构架系统进行结构试验，研究了它们的结构行为。

大跨度工业厂房屋面结构设计摘要：在现代化工业厂房建设中，经常会使用钢结构，钢结构设计是否合理就对其工业厂房的使用安全性和寿命有所影响。

因为轻钢结构自身有着强度高、自重轻、塑性和韧性良好的特点，在建筑工程中得到广泛应用，可以对其施工难度进行降低，进一步缩短施工的周期。

特别是在工业化厂房的屋面中，轻钢结构的应用更为普遍，下面就从作者实际工作经验入手，探究大跨度的工业厂房屋面轻钢结构的设计，希望对有关从业人员带来帮助。

关键词：工业厂房；屋面轻钢结构；设计；探讨1 工业化厂房的工程概述以某工业厂房为例，该工业厂房主要为混凝土柱钢屋架结构，柱间距为6米，截面为35cm*50cm，梁为h型钢梁，在梁的下串处设置拉杆。

屋架拱高为1.7米，间距为1.2米的c型钢作为檩条。

屋面防水材料为轻质长尺度压钢板，屋面恒载、活载0.3kN/㎡，局部基本风压0.6kN/㎡。

2 大跨度工业厂房轻钢屋面结构的设计原则分析2.1 对结构形式合理选择工业厂房的轻钢屋面结构主要是应用了钢筋混凝土框架结构、桁架结构等形式，依据实际情况合理选择。

通常钢筋混凝土框架结构是一种经济实用的结构形式，其稳定性及其承载力比较强。

2.2 对结构材料合理选择在混凝土柱的轻钢屋面结构中，混凝土柱选择则是满足其耐久性、稳定性和强度的要求，轻钢屋面选择还需充分考虑材料质量和施工方便的特点。

并且注意两种材料连接方法，有效保证结构稳定性及其整体性。

2.3 对结构系统的合理布置轻钢屋面结构设置应结合其结构稳定性和整体性的特点。

横向稳定系统与纵向稳定系统应在考虑范围内。

在横向稳定系统钟，应用桁架、加强梁的方法，在纵向稳定系统中，便可应用桁架结构、加强柱方法。

2.4 对结构荷载的合理计算在计算轻钢结构的屋面结构荷载力的时候，应依据国家标准，考虑工程现场实际情况进行综合计算。

荷载计算结果需要考虑其结构承载力、安全性和稳定性。

2.5 对结构节点的合理设计轻钢屋面结构节点应充分考虑其材料性能、连接方法，节点的设计需对其结构稳定性和整体性要求进行满足，且考虑施工过程便利性，有效确保结构可靠性和可行性。

课程设计（论文）题目15米跨度三角形钢屋架设计作者班级学号指导教师设计任务分配：屋架跨度15米，柱距7.5米，屋架采用三角形屋架芬克型腹杆。

2013 年6月21 日钢屋架设计计算一、设计资料屋面采用三角形钢屋架、石棉水泥波形瓦屋面（重量200N/m2），轻钢檩条及拉条（重量100N/m2）。

钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上，上柱截面为400×400（砼等级C25）。

基本风压W0=350N/m2，屋面均布活载或雪载为500N/m2，积灰荷载为100~500N/m2，无抗震要求。

钢屋架材料为Q235-B钢，焊条采用E43型，手工焊接。

该厂房横向跨度为15m，房屋长度为120m，柱距（屋架间距）为7.5m，屋面坡度为1/3。

二、屋架布置及几何尺寸屋面坡度为i=1：3,屋面倾角α=arctg（1/3）=18.435°，sinα=0.3162，cosα=0.9487屋架计算跨度 l0 =l－300＝15000－300=14700mm屋架跨中高度 h= l0×i/2=14700/(2×3)=2450mm上弦长度 L=l0/2cosα≈7747mm节间长度 a=L/6=7747/6≈1291mm节间水平段投影尺寸长度 a＇=acosα=1291×0.9487=1225mm根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示屋架几何尺寸图三、（1）支撑布置（2）屋面檩条及其支撑波形石棉瓦长1520mm，要求搭接长度≥150mm，且每张瓦至少要有三个支撑点，因此最大的檩条间距为amax p =mm685131501520=--半跨屋面所需檩条数np =根3.12168561291=+⨯考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，为了便于布置，实际取半跨屋面檩条数13根，则檩条间距为：a p =685mm=a5.64511361291<=-⨯可以满足要求。

三、荷载计算1、荷载永久荷载石棉水泥波形瓦屋面 200N/m2 =0.2 KN/m2轻钢檩条及拉条 100N/m2 =0.1 KN/m2屋架及支撑自重 282N/m2 =0.282 KN/m2小计∑0.582 KN/m2可变荷载均布活载或雪载 500N/m2=0.50 KN/m2积灰荷载 175N/m2=0.175 KN/m21)全跨屋面恒荷载作用下上弦集中恒荷载标准值P'1=0.582×7.5×0.6455×103=2.67KN上弦节点恒荷载P1=2 P'1=2×2.67=5.34KN2）全跨雪荷载和灰荷载作用下上弦节点雪荷载和灰荷载P'2=0.675×7.5×0.6455×103=3.10KN上弦集中雪荷载和灰荷载标准值P2=2 P'2=2×3.10=6.20KN假定基本组合由可变荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为1.2×5.34+1.4×6.2=15.09KN 若基本组合由永久荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为 1.35×5.34+1.4×0.7×6.2=13.29KN。

某混凝土柱轻钢屋面体育馆结构设计王鸿斌陆宝金陈博智李淑婷王路路余昕叶田杨中国联合工程有限公司(310052)摘要:以某一混凝土柱加轻钢屋面结构形式的大跨度活动中心实际工程为例,对基础、主体、屋面钢梁、屋面围护等部位的结构构件设计过程进行分析,总结了结构设计中的一些难点和经验,能满足业主方的建筑使用功能需求,造价经济合理,可作为结构工程师在相似工程项目设计时的参考。

关键词:混凝土柱-实腹式钢梁;轻钢屋面;大跨度结构;门式钢架0引言随着经济的发展与工程项目建设的需要,钢筋混凝土柱-实腹式屋面钢梁单跨排架结构体系建筑物因具有施工简便、受力性能较好、工程经济性好、跨度大等优点,因而在单层工业建筑中被越来越多采用[1]。

此种建筑结构外形类似轻型钢结构门式刚架,但其受力又不同于门式刚架,不能按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(G B51022—2015)[2]进行设计。

文章以广东省鹤山市址山镇某一实际体育馆工程为背景,详细讨论了此类结构设计过程中的概念设计、关键构造、荷载取值、建模计算及控制标准等各方面问题,可作为结构工程师在类似工程项目设计时的参考。

1工程概况该建筑长54.240m,宽36.240m,场地20m深度范围内无饱和的砂土及粉土,场地可不进行液化判别。

根据《建筑抗震设计规范(2016版)》(G B50011—2010)[3]附录A的有关资料,场地抗震设防烈度为Ⅵ度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组,设计特征周期值为0.35s。

建筑抗震设防类别为丙类。

按《建筑抗震设计规范》之4.1.1条及其条文说明划分,建筑场地地段类别属建筑抗震不利地段。

50年一遇基本风压0.55kN/m2,100年一遇风压0.65kN/m2,地面粗糙度类别B类。

50年一遇基本雪压0kN/m2,100年一遇雪压0kN/m2。

建筑物为左侧为体育馆,地上1层,采用混凝土柱与实腹式钢梁轻钢屋面;右侧为配套用房,地上两层,采用混凝土结构,屋面均为不上人屋面。

混凝土柱实腹钢梁单层厂房在STS中的实现柱采用混凝土柱，屋面体形采用轻钢体系，屋面梁采用实腹式钢梁，这类结构体系在近几年国内的实际应用中较常见。

由于混凝土柱与屋面钢梁的连接处较难达到刚接连接，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中边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，设计的时候就不能简单的把门式刚架的钢柱替换为混凝土柱。

采用这种结构形式通常是因为厂房的防火（防腐）等级较高，而钢柱在防火防腐方面是很不理想的，所以一般采用混凝土排架，但业主为了节约成本，屋面就采用轻钢体系，钢梁来代替混凝土梁。

大部分情况是原来设计采用混凝土排架，混凝土柱浇筑了一部分，业主要采用钢梁来代替混凝土梁，这时候，边刚架柱还可以考虑刚接，具体形式为：在混凝土柱头设一段钢柱，钢柱与混凝土柱的连接类似外包柱脚，混凝土柱作为钢柱的嵌固端。

这样钢柱与钢梁即可以采用普通门式刚架节点连接，整体模型可以按门式刚架规范计算（混凝土柱按混凝土规范计算），屋面梁的挠度等控制参数可以按《CECS102：2002》来控制了。

不过这种节点较少采用，建模可以按普通门式刚架操作，就不赘述了。

这种体系中节点的连接形式一般为混凝土柱柱底刚接，柱头与钢梁铰接，多跨情况下的混凝土柱与钢梁的连接采用钢梁连续，混凝土柱铰接于钢梁底部的方法。

这类结构已经超出门刚的使用范围了，结构类型应该选“单层钢结构厂房”，如果为抗震地区且计算地震作用，STS程序会自动按照抗震规范第九章单层钢结构厂房中的规定进行控制；混凝土柱按照混凝土结构设计规范进行设计，满足混凝土设计规范相应要求，钢梁应满足钢结构设计规范相关要求。

当屋面梁采用变截面H型钢梁是，屋面梁的承载力验算应按照门式刚架规程进行验算，以考虑轴力的影响与变截面的稳定验算，但局部稳定应满足钢结构设计规范、抗震规范的要求，挠度控制可以考虑轻型屋面体系对挠度的不敏感，可以较钢结构设计规范中的L/400放宽。

混凝土柱轻钢屋面结构体系在某轻型多层工业厂房设计中的应用及探讨摘要:钢筋混凝土柱轻钢屋面结构体系，竖向抗侧力构件采用钢筋混凝土柱，屋面采用实腹式钢梁轻钢屋面体系，兼具轻钢结构跨度大、施工简便和混凝土结构稳定、防火防腐蚀性能好的特点。

因轻钢屋面已是较为成熟的结构体系，本文重点在于结合工程实例，探讨混凝土柱轻钢屋面结构体系在设计中的整体模型建立及分析，对该类结构中的两种不同材料运用结合后的结构特性进行阐述，提出一些设计中的问题和建议。

关键词:混凝土柱-轻钢屋面结构；工业厂房；刚度；位移控制；结构建模引言混凝土柱轻钢屋面结构体系是以钢筋混凝土结构作为竖向及楼面承重体系，屋面采用轻钢屋面结构体系，充分发挥钢筋混凝土结构耐火耐腐性好、稳定性高的特点，结合轻钢屋面结构跨度大、自重轻的优势，为某些轻型多层工业厂房的设计应用提供了一个全新的路径。

目前我国现行规范中，尚未专门针对该种结构体系提供明确的设计方法和构造要求，使得该类结构在设计过程中会产生一定的争议，本文即结合上海某一多层工业厂房实例，对此进行一定的分析和阐述，以期为该类结构体系在类似工程中的设计应用提供一些借鉴与建议，杜绝安全隐患。

1、工程背景及概况某一轻型工业厂房位于上海青浦区，车间主体为二层，层高分别为10.8米和9.2米，标准柱网尺寸为19.6x6.3米，车间总尺寸78.4x50.4米，每层四跨均设一部10吨吊车，平面布置见图1。

因防火等生产工艺要求，本工程主体选用钢筋混凝土框架结构，二层楼面采用标准预应力梁板做法解决跨度过大问题。

同时，屋面承重体系为了节约造价与成本，设计采用轻钢屋面结构。

图1：结构平面布置简图2、结构体系分析2.1 钢筋混凝土结构钢筋混凝土柱底部与基础刚接，二层楼面水平构件（梁）纵、横向与框架柱均为刚接，为标准钢筋混凝土框架结构。

屋面结构中短跨方向水平力仍采用钢筋混凝土梁柱形成的框架承担，而在长跨方向混凝土柱与钢梁的连接，两种材料特性不同，连接节点须专门设计。

关于混凝土柱+轻钢屋面结构设计0.前言近年来,随着国内电商的迅速崛起,与之配套物流仓库发展迅速,但是其结构形式并不同于普通的钢筋混凝土框架和门式刚架,此类结构通常为2~3层的钢筋混凝土框架,屋面梁采用实腹式钢梁,屋面及外墙围护体系为彩钢板.现行的一些规范及书籍并未据实际项目情况,详细讨论此结构类型的结构布置、荷载取值、模型分析、墙梁布置、指标控制等问题,希望给同行在此类工程设计时提供相应的帮助.1.项目介绍上海某物流仓库由一栋办公室、两个厂房和一个卸货平台组成.两个厂房均为3层钢筋混凝土框架结构,一层二层典型柱网为11.4m×12.3m,顶层垂直屋脊方向拔柱后形成大空间.钢梁布置原则为仅沿坡向设置,垂直钢梁布置系杆和支撑体系,混凝土柱顶和钢梁铰接,刚架的平面布置如图1所示.2.设计思路墙面体系类似于门刚,不同的是檩托板锚固到混凝土柱或混凝土梁中,局部立面布置如图2所示.该结构体系与门刚不同的是,钢筋混凝土柱代替了钢柱,混凝土柱底为刚接,且柱与钢梁为铰接,其中选取一榀刚架的立面布置见图3所示.屋面体系由钢梁、支撑体系、屋面檩、拉条、彩钢板构成.3.荷载取值及地震作用屋面恒、活荷载取值恒荷载根据经验及建筑屋面做法：单层玻璃丝棉彩钢板取0.2kN/m2,双层玻璃丝棉彩钢板取0.25kN/m2,单层岩棉彩钢板取0.25kN/m2,檩条、拉条、支撑、系杆可取0.1kN/m2,吊挂荷载主要为消防喷淋主、支管,电气桥架荷载可以基本上忽略,笔者根据给排水专业的喷淋图纸计算过一个标准跨钢梁从属面积内主管、支管自重加上其充满水的重量并平摊到每个平米大概在0.1-0.12kN/m2左右.图1标准跨刚架平面示意图图2墙檩立面示意图（局部）这里需要注意的是,屋面板加保温棉等要根据建筑专业的详细做法去核算荷载,切记不可按照经验取值.举个例子：如屋面做法为双层屋面板,内侧为彩钢板,外侧为铝镁合金板,岩棉的容重比较大时,就会超过经验值范围.活荷载根据GB1022-2015《门式刚架轻型房屋钢结构计算规范》、GB50017-2003《钢结构设计规范》中的相应规定取用,此类型的屋面从属面积一般情况下都大于60m2,故取0.3kN/m2.屋面风荷载取值关于风荷载的取值标准主要有GB5000-2012（建筑结构荷载规范）和GB51022-2015（门规）两本规范,但是两者的差异是非常大的.通过同一个模型,设计参数一致,分别采用两本荷载的风荷载取值,计算结果显示前者算的结果会明显小于后者（差异超过20%）,鉴于一些极端气候近年时有发生,安全起见,建议采用后者的风荷载取值方法.另在CECS102：2002门刚技术规程附录A条文说明提出柱脚刚接且刚架的l/h小于3.0时方可采用荷载规范的风荷载,其他情况则严重不安全.对于项目情况显然屋面形式十分接近门刚,故按照门规的风荷载规定计算.地震作用规范没有明确这种结构类型的抗震等级,只能从规范中寻找相似规定来推断.GB5011-2010（建筑抗震设计规范）9.2.1条规定单层钢结构厂房的抗震设计详专门的规定；在9.2.14条则规定重钢厂房7、8、9度的抗震等级可分别按四、三、二级采用；GB21022-2015（门式规范）条文解释3.1.4条明确了单层门刚轻型房屋在抗震设防烈度为7度（0.1g）及以下时,一般不需要做抗震验算,在7度（0.15g）及以上时,横向刚架和纵向框架均需进行抗震验算.从中可知本项目位于上海（7度0.15g）,且为轻钢厂房,故不考虑抗震即可.即便是按四级来考虑计算,由计算结果也可知并不是由地震作用控制,而是风荷载控制的,不过还是建议在模型中按四级计算.抗震构造措施按门刚规范3.4.1条规定即可.图3一榀刚架示意图4.模型分析单榀刚架模型在STS中建立单榀模型,建模过程同我们比较熟悉的门式刚架轻钢厂房,不过需要注意以下几点：1）出于经济性考虑钢梁设计成变截面的,变截面梁端板拼接位置尽量设置在弯矩反弯点处,屋面檩条布置时要和拼接板避开；2）新门规中风荷载系数β=1.1,比02版基本风压乘1.05的系数提高了；3）应力比不要过大或者过小,控制在0.75-0.9之间最为合理.整体指标在PMCAD建模时屋面钢梁可以按STS中钢梁截面建入模型,并在SATWE 中修改钢梁的抗震等级、面外计算长度、柱顶铰接等信息,这样更加符合实际.计算后与STS中二维单榀刚架结果进行比较,保证在SATWE计算结果中应力比不超限,并以STS中的计算结果控制相应位移、挠度指标、应力比等.5.檩条及拉条布置屋面檩条屋面檩条在计算和布置时候需要注意：1）活荷载取0.5kN/m2,并要考虑施工检修时作用在最不利位置的集中荷载1.0kN；2）新门规规定计算檩条时风荷载考虑到阵风作用,取系数β=1.5,此项在02版门规中并无相应规定,可以说相对之前提高了很多；3）当与檩条平行方向下需吊挂喷淋主管时（不小于DN150）,绝对不允许单独固定在一侧檩条上,应有两根或者三根檩条腹板共同承担其荷载.墙面檩条墙面檩条在计算和布置时候需要按照墙面高度来计算所需檩条截面尺寸,如可以按照0-10m,10-20m,20-30m三个区间去分别取不同的风压高度变化系数计算需要的墙檩尺寸,以确保方案更加的经济.拉条布置2015版门规9.3.1条规定拉条的布置原则：当檩条跨度大于4m时,宜在檩条间距跨中位置设置拉条或撑杆；当檩条跨度大于6m时,宜在檩条三分点处各设置一道拉条或撑杆；当檩条跨度大于9m小于12m时,宜在檩条四分点处各设置一道拉条或撑杆.在屋面恒载和活载作用下,檩条的上部受压,拉条需要布置在腹板上部；但风吸力作用下檩条的下部受压,又需要布置腹板下部.本项目中屋面跨度很大,风荷载作用面很大,为避免檩条上、下翼缘失稳,故采用双层拉条体系.6.指标控制钢梁挠度目前有较大争议,在GB50017-2003附录A中规定了主梁（包括有悬挂起重设备的梁）的扰度限值[Vt]为L/400；GB51022-2015表3.3.2中规定仅支承压型钢板屋面和冷弯型钢檩条的挠度限值为L/180,尚有吊顶的钢梁挠度限值为L/240,有悬挂起重机时为L/400,同时规定由柱顶位移和构件挠度产生的屋面坡度改变值,不应大于坡度设计值的1/3.当按照L/400控制时显然过于保守和不经济,且无悬挂起重设备；按照L/180控制时会钢梁比较柔,当遇到特大雨时钢梁局部挠度过大而导导致排水不畅.结合以往其他项目工程经验,故个人认为控制在L/400~L/240之间且更接近于L/240为宜.7.注意事项在施工图绘制时有几项需要注意,以免对影响业主的正常使用及结构安全造成影响：1）钢梁起拱,针对每种类型的刚架的每跨最好给予其具体的起拱数值,保证屋面的排水和美观；2）设备基础,屋面如果有大型设备基础时,要复核檩条是否满足设计要求,不满足时用槽钢或者H型钢代替；3）混凝土柱顶标高,屋面自身有坡度,钢梁是变截面的,所以混凝土柱顶标高有比较大的起伏,土建部分和钢梁一定要定位准确.8.结论混凝土框架柱-轻钢屋面因为其跨度大、经济性好的优点在物流仓库中得以大力推广和应用,在设计时有其不同于单层排架厂房和门式刚架的特点,在结构布置时要针对其梁柱铰接、荷载取值、指标管控、对风荷载敏感、屋面排水、喷淋吊挂、经济性指标等综合考量,才能设计出集安全、舒适、经济与一身的建筑.。

大跨度钢结构屋面工程施工技术摘要：当前我国经济水平的不断发展，同时也推动了建筑行业的发展进程。

钢筋混凝土柱实腹钢梁结构中的竖向构件主要是使用到钢筋混凝土构建，而其屋面则应用到钢梁轻型屋面体系，其与成熟结构体系不同，有着施工方便轻钢门式钢架跨度大混凝土结构经济性好等的优势。

关键词：大跨度；钢结构；屋面工程引言随着人们对于建筑工程质量要求的不断提升，大跨度钢结构建筑工程就非常符合当下建筑行业的发展方向。

将钢材作为建筑的核心施工材料，是大跨度钢结构的实质，同时，通过钢板焊接、钢柱安装以及螺栓连接等工作的整合，促使建筑能够形成稳固的结构，具备众多的特征与优势。

大跨度钢结构因原屋面结构大部分采用彩钢板建造，导致使用寿命低、易腐蚀、易漏水和维修难度高。

这类建筑用作办公场所时，对消防排烟、采光、隔热、舒适、节能、环保和美观方面的要求较高，常规的改造方法需要逐项改造满足各种指标要求，改造方法施工工艺复杂，改造效果差，往往很难达到预期效果，同时，还会产生其他新的问题。

由于大跨度钢结构构件具备很好的强度和抗震性能，安装步骤简单，施工周期短、结构轻等特点，常被用于房屋建造。

对于大跨度钢结构施工技术来说，它是现阶段建筑行业施工技术的发展主流，实现建筑工业化、产业化发展方向。

1工艺流程工艺流程为：吊装前材料准备→吊装两侧门厅小梁及G轴、U轴边柱梁GL1/GL2→吊装10轴主箱梁GL5→吊装字母轴方向主箱梁GL4→吊装次梁GL1形成稳定单元→吊装上层天窗结构及支撑架体→安装C形钢、铺屋面彩钢瓦。

2大跨度钢结构常规安装施工方法2.1散装高度法高点蚀法首先在地面设置临时支柱，然后利用重型设备将杆悬挂到适当的设计位置，然后将整个结构安装方法捆绑到已安装的临时支柱上。

最畅销的方法有所有的支架和悬挂方法。

整体拼写法通常用于批量拼写。

对于较小的拼写单位，使用挂起方法。

由于高等级狩猎法的优点对于大型重型运输设施来说是不必要的，因此可以适应重载能力较弱或在高处完成装配时运输困难的山区。