浅谈门式刚架钢结构设计严昆

浅谈门式刚架钢结构设计严昆

严昆

新疆绿城建筑规划设计有限公司新疆830000

摘要：随着建筑技术的不断进步，简易实用的建筑钢结构慢慢的流行开来，尤其是作为其中的典型代表-门式刚架已被大量的使用在钢结构建筑当中。为使门式刚架钢结构的设计更驱科学化，合理化与实用化，本文在对门式刚架钢结构特的特点及形式进行充分了解的基础上，对其节点、抗震及防火等方面进行了有效分析，希望能对广大同行有所助益。

关键词：门式刚架；钢结构；设计；特点

一、门式刚架钢结构的特点

目前，运用广泛的门式刚架钢结构指的是以横向的钢结构和纵向的冷弯成形的以及其他起着支撑效果的建筑体系的总称，冷弯成型的钢结构一般包括屋面板，墙台、墙梁等各支撑体系等组成，钢截面呈是门式刚架的显著特点。通常来说，门式刚架的承重结构多是由实腹式焊接组成，材质也多采用日型钢材质为主，并且型钢板、型钢檩条是其围护结构的主要组成材料。

门式刚架较于其它类型的建筑结构具有以下显著优点：

（一）具有非常优秀的抗震性能

建筑结构的自重比决定了建筑对地震的反应程度。而门式刚架钢结构的自重比较于传统的建筑结构要小很多，抗震新能十分优秀。因此，这种结构的建筑首先是地震带区域得到广泛运用。

（二）建筑周期相对较短

对于传统的建筑结构而言，建筑周期一般较长，而门式刚架钢结构的施工周期则短得多。门式刚架的构件结构必须由工厂统一制作好，而构件之间的组合方式一般采用螺栓和焊接，安装速常快，与其它结构类型相比，因为构件的制作与施工均没有任何冲突，所以施工周期相对较短。

（三）易拆卸、搬迁

门式架钢钢结构建筑在不需要时，将钢构件的所有设备拆散，然后搬到所需重建的新地点重新装配、安装，这是门式刚架钢结构建筑拥有的显著优点。

（四）质量轻，降低了基础要求

结构质量较轻的金属板、薄壁型钢是围护结构的主要材料，不但刚架质量大幅度下降，而且大幅度降低了门式刚架的负荷。基础结构和结构质量息息相关，因此，架构质量降低了，对基础的要求也就变小了。

二、门式刚架钢结构的形式

（一）门式刚架钢结构的分类

门式刚架结构是一种特殊的建筑结构，其跨度越大，受力也就越小。以屋面坡脊数划分，门式刚架的结构可分为单脊单坡、单脊双坡或多脊多坡；若按跨度可划分为单胯、双胯以及双跨。在有关钢结构的技术规程中，不允许使用多脊多背，而是建议使用单脊双坡检测。对于一般的刚架柱而言，若是风荷载不大，就材料集中管理的标准，单脊双坡多跨屋架的中柱可使用两端铰接式的摇摆柱设计。值得注意的是，对于质量较轻钢结构，由于其灵活性与生产方式的任意性，这类门式刚架钢结构建筑在实际的施工过程中应做到因地制宜。

（二）跨度的确定

一般来说，建筑的跨度要么按照具体的使用功能进行设计，要么根据建筑的高度进行确定。前者极大程度受限于建筑的使用功能，后者则主要受限与建筑的施工流程。相应的提高建筑跨度以迎合荷载与柱高，不但不会造成刚架钢材料的过度使用，而且通过节约使用空间达到降低基础成本的目的，切实提升建筑的综合效益。经过严谨的研究得出，在负荷大致一样的情况下，当建筑跨度处于12-25米之间时，钢结构的单位用钢量在25-40kg／m2左右，而跨度在18-30米之间，钢结构的单位用钢量在18-28kg／m2左右。所以，在对门式刚架钢结构建筑进行设计时因充分考虑工程的具体情况以选择合适的建筑跨度，切忌不可纯粹的追求较大跨度。

（三）柱距的确定

荷载、檩条和跨度等是门式刚架钢结构柱距的主要制约因素。通常来说，刚架跨度越小所选用的柱距就越大，但这将大大提高檩条的用钢数量。相关的研究表明，6m、7.5m与9m是门式刚架的最优柱距，由于建筑需要，在合理的范围内最大间距可达到12m。研究计算结果得出，一般来说柱距与刚架的钢用量是成反比关系，而当柱距大小达到某个值时，刚架钢用量的增大将趋于平缓。例外的是，墙梁、檩条等的钢用量是明显的正比例关系，因此房屋使用的总用钢量是随着柱距的变化而无规则变化。但是，门式刚架钢结构的建筑在特定条件下是存在着最优柱距的，往往在6-9m之间，需要进行更严谨的计算方可确定。

三、节点设计

（一）梁柱连接节点的设计

斜放、横放以及竖放是门式刚架斜梁与柱的三种连接方式。斜放通常使用在节点弯矩相对较大的情况，可通过加长力臂的抗弯连接来进行对螺栓的完美布置。但其要求较高的加工精度以及与安装空间的契合程度。横放则使用在竖向荷载决定控制作用时。横放不但可以有效的减小节点的设计难度，而且在关键时候可以起到支座作用。竖放使用于局部的截面柱，可区分为外伸式、平齐式两种形式。一般来说前者对节点的承载力要比后者要高的多，这样的受力也是比较合理的。因此，外伸式端板竖放连接的运用最为广泛。

（二）柱脚的设计

铰接柱脚，刚接柱脚是柱脚的主要分类，但要把他们绝对的彻底的区分在实际工作当中，是不可能实现的。水平位移相对较小的刚架结构，以及不带吊车的仓库、厂房大多采用铰接柱脚，而刚接柱脚一般应用于檐口高度、风载等较大的设计上面。通常使用带靴梁或对带加劲肋的形式对柱脚进行刚接，而采用平板式形式对柱脚进行铰接。除此之外，还必须注意要按照基础造价，以及土质情况对柱脚形式进行确定。

（三）抗风柱

一般来说，最好是使用弹簧板临街抗风柱和钢架梁。将弹簧板设置于抗风柱的顶端，并连接刚架梁下翼缘。弹簧板主要是由块钢板折叠而成，其水平方向的弹簧板刚度较大，不易发生变形，可以确保水平荷载的传递。而竖向刚度较小，上部钢架梁容易变形，节点不可传递，所以在设计过程中，应当使用铰接基础和抗风柱柱脚连接，在方便设计的同时还能减少基础工程量，为后续施工提供便利。

四、抗震设计和防火设计

虽然门式刚架钢结构建筑没有划分抗震等级的硬性条件，但是从确保建筑有良好的抗震性能的角度分析，钢结构的建筑抗震进行设计仍是十分必要的。建筑的高度、类型、设防强度以及当地建设具体情况都是钢结构建筑抗震设计需要充分、详细了解的工程数据，这样便于因地制宜的制定抗震措施。对钢结构表面采取有效可靠的防火措施是十分必要的。防火涂层、耐火砖、混凝土、耐火板材等是常见的钢结构建筑的防火材料。通过涂抹、堆砌以上材料以达到防火目的。其中，防火涂层的主要分为薄型、超薄型以及厚型这三种，被广泛运用在民用建筑以及大型的公共建筑当中。而对于柱的防火措施一般是使用厚型的防火涂料；梁与板的防火一般采用薄型和超薄型防火涂料。

五、结束语

虽然造价低，重量轻，周期短，安装便捷的门式刚架钢结构在我国建筑行业得到十分广泛的使用，但是距离国际水准仍有较大差距。因此，加强对门式刚架钢结构的设计的研究仍是十分必要的，争取早日与国际接轨。

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