谈轻型钢结构门式刚架厂房结构设计

谈轻型钢结构门式刚架厂房结构设计

邓海明

云南省交通规划设计研究院650200

摘要：门式刚架轻型钢结构采用的是轻型屋面，这种结构的屋面的荷载较小，减少了梁柱等构件的基本尺寸和截面，同时轻型钢结构因自身重量较轻、材质均匀、用料节省、工业化程度高和制作安装方便简单等诸多优点，使门式刚架轻型钢结构在厂房建造中得到了广泛的应用。基于此，本文就轻型钢结构门式刚架厂房结构设计的相关要点进行探讨。

关键词：轻型钢结构；门式钢架厂房；结构设计

1.轻型门式刚架钢结构概述

轻型门式刚架钢结构是单层工业厂房中一种常见的结构型式。特别是近年来，随着我国经济建设的迅速发展，由于生产的需要，这类结构以其用钢量低，重量轻，造价低，适用范围广等优点而获得广泛的应用。这类结构体系的最大特点就是重量轻，主要体现在如下几个方面：

1.1刚架自重轻：在门式刚架结构中，尤以焊接工字形截面实腹刚架应用最为广泛。由于截面简单，受力性能好，腹板宽厚比限值较大（有时达150——200），既采用等截面亦采用变截面形式。

1.2轻质高强屋面和屋面材料：如各种型式的压型钢板；对需要保温的厂房则可采用夹芯保温板；无螺钉孔的锁缝槽型板（或加保温层）等。

1.3薄壁型钢檩条和墙架梁：高度可达300mm，厚度最大仅为3.0mm，适用柱矩可达9——12m.

由于厂房系统的自重大为降低，当跨度较大且吊车吨位较大，水平风荷载并未因自重的降低而减小，结果造成厂房结构基础垂直反力过小而弯矩较大，即基础偏心距过大，给基础设计造成很大困难。以下就对门式钢架设计做简单的分析。

2.轻型门式刚架钢结构的主要形式及受力分析

2.1主要形式

轻型门式刚架钢结构的形式主要有：单脊单坡、单脊双坡多跨与多脊多坡等。门式刚架的横梁一般多是变截面，而刚架柱是根据建筑物不同的高度、跨度和荷载的大小与种类等诸多因素来确定是采用变截面或是等截面。刚架柱脚普遍下设计成铰接，既降低对基础的要求，又减少了厂房的基础造价。刚架的构件一般采用热轧H型钢或实腹焊接工字型截面。根据结构内力的情况而选择相应的截面，使材料的作用能得到充分发挥。

2.2受力分析考虑

在对屋面荷载的计算时，应设想屋面的活载是满布的。要是荷载量取值过大的话，虽然说安全度高，但是用钢量会很大，严重造成浪费。所以，荷载效应组合应符合以下几点原则：①当屋面均匀荷载与雪荷载不同时，取最大值；②当雪负荷与积灰负荷值差别较大时，应取最大值；③吊车的组合、安装要负荷国家《建筑结构荷载规范》的标准；④检修或施工荷载等集中荷载不同时，考虑最大值；⑤地震荷载不与风荷载同时考虑。

3.轻型钢结构门式刚架厂房结构设计

3.1平面布置

3.1.1温度区段长度

轻型门式刚架建筑的屋面和外墙采用压型钢板时，其温度区段长度（伸缩缝间距）可适当放宽。一般门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于300m，横向温度区段长度不大于150m。当需要设置伸缩缝时，可在搭接凛条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许胀缩；或者设置双柱。吊车梁与柱的连接处也沿纵向采用长圆孔。

3.1.2结构构件布置

在多跨刚架局部抽掉中间柱或边柱处，可布置托架梁或托架。屋面檩条的形式和布置，应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料和檩条供货规格等因素的影响；屋面压型钢板的板型、厚度与檩条间距和屋面荷载有关，应根据计算确定。山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙梁及其支撑组成的山墙墙架，或直接采用门式刚架。

3.1.3墙架布置

门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型及规格而定，但不应大于计算确定的值。当抗震设防烈度不高于6度时，房屋的外墙可采用轻质钢板墙或砌体；当为7度、8度时，不宜采用嵌砌砌体；9度时宜采用轻质钢板墙或与柱柔性连接的轻质墙板。

3.1.4支撑布置

门式刚架结构需要采用各种可靠的支撑结构以加强结构的整体和局部稳定性及力的可靠传递。门式刚架结构应在其横梁顶面设置横向水平支撑，在刚架柱间设置柱间支撑。在每个温度区段或者分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力条件和安装条件确定，当无吊车时宜取30～45m，当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m。

厂房建筑高度较大时，柱间支撑要分层设置。在设置柱间支撑的开间应同时设置屋盖横向支撑以组成几何不变体系。当门式刚架采用按受力蒙皮结构设计的压型钢板屋面、墙面时，刚架横梁不可设置纵、横向水平支撑，刚架柱可不设柱间支撑。端部支撑宜设在温度区段端部的第一个或第二个开间。当设置在第二个开间时，在第一开间的相应位置宜设置刚性系杆。刚架转折处（如柱顶和屋脊）宜设置通长的刚性系杆。由支撑斜杆等组成的水平朽架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑，也可由檩条兼作；但此时檩条应满足压弯构件的刚度和承载力的要求。若刚度或承载力不足，可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其他截面形式的杆件。门式刚架结构的支撑，宜采用张紧的十字交叉圆钢组成。圆钢与构件的夹角应在30～60°范围内。圆钢端部都应由丝扣校正定位后将拉条张紧固定。

3.2节点设计

门式刚架斜梁与柱的连接可采用端板竖放、端板平放和端板斜放三种形式。斜梁拼接时宜使端板与构件边缘垂直。端板连接应按所受最大内力设计。当内力较小时，应按能承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。主刚架构件的连接应采用高强度螺栓，吊车梁与制动梁的连接宜采用摩擦型高强度螺栓，通常选用M16～M24。吊车梁与刚架连接处宜设长圆孔。檩条与刚架斜梁以及墙梁与柱的连接常采用M12普通螺栓。端板连接的螺栓应成对地对称布置，在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均应设置并使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近。螺栓中心至翼缘板表面的距离应满足拧紧螺栓时的施工要求，不宜小于35mm。螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径。门式刚架受压翼缘的螺栓不宜少于两排。当受拉翼缘两侧各设一螺栓尚不能满足承载力要求时，可在翼缘内侧增设螺栓，其间距可取75mm，且不小于3倍孔径。与斜梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度。当端板上两对螺栓间的最大距离大于400mm时，应在端板的中部增设一对螺栓。同时受拉和受剪的螺栓，应验算螺栓在拉、剪共同作用下的强度。

结束语

随着防火、防腐技术的不断出现，已较好地解决了轻钢结构的抗火、耐腐蚀性差的缺点，轻型钢结构门式刚架厂房的应用范围越来越广泛，目前轻型钢结构门式刚架厂房的设计正日渐成熟，因此设计人员在此基础上应积极学习、不断创新，合理地采用新技术，进一步优化结构形式，提高设计水平。

参考文献

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