混凝土柱上轻钢屋盖房屋结构概念设计
混凝土柱轻钢屋面的大跨度厂房结构设计
混凝土柱轻钢屋面的大跨度厂房结构设计摘要：混凝土柱轻钢屋面结构作为一种新型的大跨度厂房结构，具有轻便、经济、可靠、美观等优点，已经逐渐得到广泛应用。
本文主要探讨该结构的设计原则、施工工艺以及结构性能等方面，并结合相关文献进行分析和探讨。
研究结果表明，该结构具有较好的承载能力和稳定性，是一种适用于大跨度厂房的有效结构设计方案。
关键词：混凝土柱；轻钢屋面；大跨度厂房；结构设计；施工工艺引言：随着工业化进程的加速，大跨度厂房建设越来越受到重视。
大跨度厂房一般指跨度在30米以上的建筑物，其结构设计必须考虑多种因素，如承载能力、稳定性、抗震性等。
混凝土柱轻钢屋面结构是一种常用的大跨度厂房结构设计方案，其结构性能较好，适用于各种工业建筑。
本文将以混凝土柱轻钢屋面的大跨度厂房结构设计为研究对象，探讨该结构的设计原则、施工工艺以及结构性能等方面，并结合相关文献进行分析和探讨。
一、混凝土柱和轻钢屋面的基本特性及其应用（一）混凝土柱混凝土柱是一种重要的结构构件，具有强度高、耐久性好、施工简单等优点，广泛应用于各种建筑和桥梁工程中。
它们通常由混凝土和钢筋构成，可以承受各种荷载和力学效应，具有很好的耐震性和抗风性能[1]。
（二）轻钢屋面轻钢屋面是一种轻质、高强度的建筑材料，通常由薄钢板、保温材料和防水层构成。
它们具有重量轻、安装方便、耐腐蚀、抗风、隔热等优点，被广泛应用于各种大跨度建筑和厂房结构中。
二、凝土柱轻钢屋面结构设计原则混凝土柱轻钢屋面结构设计原则如下：（一）合理选择结构形式混凝土柱轻钢屋面结构可以采用钢筋混凝土框架结构、桁架结构或悬链结构等形式，应根据实际情况进行选择。
一般情况下，钢筋混凝土框架结构是一种经济实用的结构形式，具有较好的承载能力和稳定性。
（二）合理选择结构材料混凝土柱轻钢屋面结构中，混凝土柱的选择应满足强度、稳定性和耐久性的要求；轻钢屋面的选择应考虑材料的质量和施工方便性等因素。
同时，需要注意两种材料的连接方式，以保证结构的整体性和稳定性。
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。
混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构节点设计与施工要点
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。
钢屋架简支与钢筋混凝土柱钢结构课程设计
一 选题（1）设计钢屋架简支与钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为C20。
柱顶截面尺寸为400⨯400mm 。
钢屋架设计不考虑抗震设防。
厂房柱距选择： 6米。
（2）屋架形式为A 形：由屋架形式简图可知：屋面坡度 i=1：3屋架计算跨度 013350226700l mm =⨯= 屋架跨中高度 h= 5340mm 上弦长度 L=14375mm节间长度 a=L/6=2396mm节间水平段投影尺寸长度 a ＇=acosα=2225mm （3）屋架形式：①属有檩体系：檩条采用槽钢10，跨度为6m ，跨中设一根拉条φ10。
②屋架屋面做法及荷载取值（标准荷载值）永久荷载：波形石棉瓦自重 0.20kN/m 2檩条及拉条自重 0.20kN/m 2保险木丝板重 厚12cm 0.70kN/m 2 钢屋架及支撑重 0.12+0.011⨯26.7=0.41kN/m可变荷载:屋面活荷载 0.30kN/m 2积灰荷载 0.40kN/m 2二选择钢材焊接方式及焊条型号钢材标号为Q235-B.F，其设计强度值为f=215N/mm2，并具有机械性能：抗拉强度、伸长率、屈服点、180℃冷弯试验和碳、硫、磷含量的保证。
焊条型号为E43型，手工焊。
三屋盖体系支撑布置图1、在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。
2、因为屋架是有檩屋架，为了与其他支撑相协调，在屋架的下弦节点设计三道柔性水平系杆，上弦节点处的柔性水平系杆均用该处的檩条代替。
3、根据厂房长度1200m,柱距为6米，在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑及垂直支撑。
如图2.1和图2.2所示。
图2.1屋盖支撑布置（下弦平面）图2.2屋盖支撑布置（上弦平面）四荷载计算及各杆件内力组合1 荷载计算永久荷载：波形石棉瓦自重 0.2×0.799=0.160（kN/m）檩条及拉条自重0.2×0.799=0.160（kN/m）保温木丝板重0.7× 0.799=0.559（kN/m）钢屋架及支撑重(0.12+0.011⨯26.7) × 0.799=0.328（kN/m）合计g k =1.207（kN/m）可变荷载：屋面活荷载0.3×0.799=0.240（kN/m）积灰荷载0.4×0.799=0.320（kN/m）合计q k=0.560（kN/m）檩条的均布荷载设计值q=γG g k+γQ q k=1.2×1.207+1.4×0.560=2.23kN/m节点荷载设计值P=2.23×2.225×4=19.85kN2 内力计算2.1芬克式三角形桁架在半跨活（雪）荷载作用下，腹杆内力不变号，故只按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件内力。
混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构节点设计与施工要点_彭伙水
2008年第8期总第122期福 建 建 筑F uji an A rchitec t ure &ConstructionN o8#2008V ol #122混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构节点设计与施工要点彭伙水(福建省建筑工程施工图审查中心 福州 350001)摘 要:钢筋混凝土柱顶与钢斜梁或者两铰直线拱拱脚间连接节点的设计是混凝土柱上轻钢屋盖单层房屋结构设计的关键,本文对该节点的设计与施工进行探讨。
关键词:混合门式刚架 混合排架 刚接节点 铰接节点中图分类号:TU 39215 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2008)08-0036-03D iscuss the Joint De sign &Con stru ction of L igh t w eigh t S teel Roof S tructure on Con cre te Co l umn s of S i ng l e S torey Bu il d i ngPeng HuoShu i(FuJian prov i nc i a l ex a m i nati on cente r for buil d i ng desi gn 350001)Abst ract :Th is paper d iscusses node design&construction of li ght w eight stee l roo f S tructure on concrete co l u m ns of s i ng le st o rey bu ild -i ng .The po i nts o ffered i n the paper can be re ferred i n structura l design 、construction and exa m i nati on f o r constructi on of bu ildi ng pro ject .K eywords :m ixed gabled fra m es m i xed bent structure rig i d connection h i nged connection 作者简介:彭伙水,男,1965年10月出生,总工程师,高级工程师,工业与民用建筑专业,工学士学位。
关于混凝土柱+轻钢屋面结构设计
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.。
混凝土柱-实腹钢梁结构形式的计算和设计
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。
浅谈混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋设计
浅谈混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋设计摘要：鉴于混凝土柱上轻型钢屋盖结构房屋在我市应用得较多，国内还没有相关的设计标准，本文着重介绍其结构设计要点。
关键词：混凝土柱上轻型钢屋盖；框排架；结构设计Abstract: in view of the concrete columns of light steel roof structure housing in the city more applications, domestic haven’t related design standards, th is paper introduces the structure design essentials.Keywords: concrete columns of light steel roof; Box bent; Structure design0引言轻型钢结构房屋用钢省，造价低，制作安装简便，工期短，适用范围广泛，外形美观，拆迁方便。
我国于１９９８年第一次颁布实施《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS１０２：９８以来，有力地推动了门式刚架轻型房屋钢结构的发展，并出现了混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋，即是型钢拱梁与钢筋混凝土柱结合的框排架结构。
这种结构的防火及防腐性能均比全钢的门式刚架轻型房屋有所提高，深受不少业主的喜爱，目前在我市应用较多。
本人从事设计工作以来，先后设计了多间混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋，现在粗略谈谈自己的设计心得。
1结构形式混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋的混凝土柱脚均为固接，由于混凝土柱顶与钢拱梁的连接不同通常采用以下三种形式，见图1。
a：柱顶与钢拱梁铰接。
由于拱脚位移对钢拱梁受力的影响相当敏感，这种形式的结构跨度不宜大于２４米。
b：柱顶与钢拱梁铰接，柱顶设有单拉杆。
单拉杆只能受拉力，不能受压力。
在风吸力作用下，拉杆仍应保持受拉，否则不宜采用这种结构形式。
因此，对于轻钢屋盖，只用当钢拱梁上有较大的悬挂荷载而在风吸力作用下单拉杆仍受拉时才适宜采用这种结构形式。
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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。
另由于目前混凝土柱一般采用现浇柱，且为了增强厂房的纵向刚度和承担围护墙的重量，在纵向设有现浇砼连系梁，这样一来纵向实际成了框架，所以伸缩缝的最大间距应为55ｍ，只有在有充分依据和可靠措施时，其伸缩缝的间距才可适当增大，如混凝土浇筑采用后浇带施工。
2.2 计算建模
设计这种结构，一般会在PKPM中建模型，下面层框架形成后，屋面层先按虚梁或者钢梁输入，将屋面上的恒活荷载传递给梁柱，再在SATWE中计算梁柱配筋。
这样计算模型是存在有设计隐患的！实际模型中，混凝土柱与钢梁连接是处于铰接或者半铰接状态，这样混凝土柱与钢梁形成了两端铰接的折线拱梁。
当柱顶与钢梁铰接且坡度较大时，应按照拱的受力特点进行计算。
这种结构坡度和跨度越大，柱顶水平推力就明显越大，会最终导致混凝土柱底弯矩和配筋很大，基础严重偏心。
同时，由于拱的位移变形只能靠拱脚反力来阻止，而拱脚反力大小取决于混凝土柱提供的抗侧推力大小，会导致柱截面越大，也即柱抗侧刚度越大，其提供的抗推力会更大，由此引起其柱底弯矩会增大，需配置更多的钢筋，最终导致钢筋密度过大，基础底面大幅增加，势必很不经济合理。
因此，笔者认为对于长度18m以上的钢梁，最好在其底部增设拉杆以承受折线拱底的水平推力。
所以，在结构模型计算时，有几点考虑是必要的：
2.2.1 需要在PK里按照单榀排架，重新复核柱子配筋，而且柱顶需要考虑钢梁水平推力对混凝土柱的作用力，柱子平面内、平面外计算长度系数，按照《混凝土结构设计规范》中第7.
3.11条取用。
2.2.2 轻钢屋盖属于弹性楼盖，抗震计算不能采用刚性楼板假定，这一条经常被设计人员错用。
2.2.3 轻钢屋盖属于弹性楼盖，风荷载计算需要采用手工调整，具体调整本文不再赘述。
钢梁与砼部分分开计算，钢梁按照两端简支单跨或者多跨折梁平面计算，软件采用PKPM中的STS或者其它工具箱等专业软件均可。
2.3 钢梁强度、稳定性及挠度计算的适用规范
为了保证屋面排水顺畅问题，轻型屋面的坡度往往较大，一般取1/10,斜放的钢梁始终会受到轴力的影响，故此时的钢梁实际上是压弯构件，而不是纯粹的简支受弯构件。
而钢结构规范中验算钢梁强度和稳定时，既未考虑轴力项的影响，也未对变截面构件该如何考虑作出规定，只是考虑全截面而非变截面。
PKPM 系列中的STS软件用户手册中提到，“对于变截面梁柱构件、斜梁等轴力影响较大的梁杆件，可按门式刚架规程规定的方法进行强度稳定性计算”，因该规程对此类变截面构件考虑了腹板屈曲后强度，且考虑了轴力、弯矩、剪力共同作用
下的强度稳定性计算，所以笔者在计算钢梁的强度和稳定计算时采用门式刚架规程，而不是钢结构规范。
虽然变截面钢梁的强度稳定性计算参照门式刚架规程，这点一般无异议，因实际的结构体系并不是真正的门式刚架，对钢梁挠度值控制采用门式刚架的1/180则显得有点担心，会使挠度过大，影响视觉效果，还可能导致排水不顺畅。
曾按钢结构设计规范中主梁的挠度取值，设计出的屋盖比门式钢架的屋盖造价高多了，甲方一般接受不了。
故考虑到是轻型屋盖，荷载较轻，施工时还可起拱来调节挠度权衡之下，计算时屋盖钢梁挠度允许值一般可取1/250，比门式刚架钢梁取1/180稍微提高。
这样的调整一般造价不会影响太大。
所以目前混凝土加屋盖变截面钢梁的最大挠度允许值通常取较折衷的1/250。
2.4 混凝土柱顶与钢梁节点设计
2.4.1 砼柱顶节点
这种结构的钢拱脚与混凝土柱顶的连接节点设计一般采用铰接节点，刚接的施工难度大，造价高。
这里锚栓需保证传递节点处的拉力或压力。
一般采用4M24，当跨度大于等于30m是采用4M30。
节点处螺栓不传递剪力，剪力由焊接于节点板底的抗剪键承担。
所以此处必须设抗剪键。
这种做法需在砼柱顶二次灌浆，这是比较普遍的节点做法，施工稍麻烦。
也有采用柱顶埋设预埋钢板的方法与钢梁拱脚连接，如下图：
笔者认为，预埋板下的予埋锚栓(可为一对或两对)与过渡板事先用塞焊焊牢，这样可使锚栓正确定位。
安装定位后过渡板与柱顶的预埋钢板满焊焊牢，拱脚底板的栓孔仅比过渡板上锚栓杆直径大1～1.5mm．垫板与柱脚底板同厚。
并与拱脚底板焊牢．垫板上用双螺帽拧紧。
轴向压力通过拱脚底板与过渡板、过渡板与柱顶预埋钢板的承压传递，轴向拉力和水平力由过渡板上予焊的锚栓以及过渡板与柱顶预埋钢板的焊缝承受。
这种做法避免了预留二次灌浆和设置抗剪键的问题．施工方便、质量可靠．节点处除了钢梁底板外多了两块钢板，造价高些。
各有利弊。
2.4.2 混凝土拄顶的构造做法
对于这种特殊结构，在砼柱顶预埋钢板常会有混凝土柱顶开裂的问题，钢拱脚或钢斜梁端部与混凝土柱顶连接的两种不同材料中，混凝土属于脆性材料，而且柱顶受力比较复杂，如果在构造上不加处理，在拉、压应力和剪应力的共同作用下，出现开裂情况在所难免。
一般在混凝土柱顶纵筋和箍筋构造应采取加强措施，箍筋需加密间距不大于100mm，箍筋直径不小于8mm，砼柱纵筋与预埋钢板焊接等。
3 结束语
新型的结构形式应采用新的思路和方法来分析和处理，在还不完全成熟的情
况下，应采用多种计算方法对计算结果进行比较分析选择最合理的。
参考文献
[1]GB50010－2002混凝土结构设计规范[Ｓ]
[2]GB50009－2001建筑结构荷载规范[Ｓ]
[3]GB50017－2003钢结构设计规范[Ｓ]
[4]CECS102：002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[Ｓ]
[5]GB50011－2010建筑抗震设计规范[Ｓ]
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。