浅谈轻型门式刚架结构设计

浅谈轻型门式刚架结构设计

周鸿光

广西路建工程集团有限公司广西南宁530000

摘要：门式刚架轻型房屋钢结构在我国的应用范围越来越广泛，技术日趋成熟，但需要总结、完善和研究的问题仍然较多，工程技术人员应根据工程实际选择计算模型，注重整体分析，进行优化设计，除主刚架强度和稳定计算外，还应注重支撑体系的布置。只有遵循上述原则，才能保证结构设计的安全性和经济合理性。

关键词：轻钢结构；结构设计；门式刚架

引言

本文对门式刚架钢结构房屋的设计，总结了钢结构设计中存在的一些问题，并从结构布置、拉条设置、拉条节点、支撑设置等几方面进行分析和讨论。

1门式刚架轻型房屋钢结构优势体现及发展

1.1门式刚架轻型房屋钢结构优势体现

上世纪八十年开始，我国对门式刚架轻型房屋钢结构进行应用，经过近几十年来的不断发展，现阶段已经成为我国房屋建筑的一种重要组成方式。在结构设计方面门式刚架轻型钢结构房屋主要通过应用H型钢等组成一种门式刚架承重的房屋骨架，实际的应用中这种设计非常广泛。因为门式刚架轻型房屋结构的布设非常灵活，而且其柱网不会受到构建模数的限制。并且，门式刚架轻型房屋在拆卸时比较方便，利于我们的回收应用，对于施工工期可以大大的减少。此外，钢结构的应用有利于降低对能源的消耗，有效的保证了环境不被破坏，并且其应用的综合经济效益比较高，能够为企业带来很大的利益。

1.2门式刚架轻型房屋建筑的发展

随着近年来我国科学技术的不断发展，对于门式刚架轻型结构的发展与应用也比较广泛。在我国相关质量部门对门式刚架轻型房屋钢结构技术规程进行很好的规范后，对整个钢结构施工的水平及经验方面都起到了很好的提升作用。但是，我国目前的钢结构应用设计上和一些发达国家相比，在很多方面上还需要进一步提高。一般我国在轻型钢结构的应用形式上，主要是采用无铰门式刚架和两铰门式刚架，结构的自身截面是通过焊接H型钢保证稳定。而对于刚架节点方面的设计，则大多都是相同的，主要是通过摩擦面处理的高强度螺栓进行连接。在结构的维护系统方面则采用的设计标准化机制。通过我们上述分析，相信在未来的建筑结构发展中，门式刚架轻型房屋结构的发展将会成为主流发展趋势。

2轻型门式钢架结构设计注意事项

2.1屋面活载荷取值

在使用门式钢架结构时应该根据其具体的使用载荷对象进行计算，以确保材料的使用量。因为在门式钢架结构的制造时其标准值为0.5kN/㎡，即每平方米承重50kg，如果当受载荷的面积在60㎡以上，则屋面的均布活载荷标准为0.3kN/㎡，即每平方米承重30kg。

2.2刚架的节点设计

首先，梁分段点的选择应综合考虑受力和运输两个方面的因素。在两根和梁刚接的柱之间的梁，从受力考虑，分段一般按1：2：1分为三段。中间受力小的设计成等截面梁，两端设计成楔形梁。按运输考虑一般一根梁不要超过12米，超过则可将1：2：1略调整以满足此要求。

2.3刚架檀条强度和挠度控制

钢架结构中的檀条是指冷弯薄壁的部件，在古代的房屋中檀条主要安装在屋顶及坡屋面中作为顺水条的依附构件，在现代的钢结构建筑中主要采用C型或者Z型钢作为房屋檀条。在受到外力时会发生扭曲，因此要计算檀条的有效截面，并对所得的有效截面数据进行减弱，避免其全截面有效。除此之外，在计算门式钢架结构的屋面载荷时不要忽视了檀条的重量从而增加屋面总载荷量，一般设计檀条的竖向挠度限值为一般规定的1/200，如果吊顶需要进行装饰，其一般最大限度为1/300。

2.4门式钢架结构的墙梁设计应注意风荷载作用

所谓的风荷载是指在空气中，空气随着流速增加所产生的大压强而对建筑物体所造成的压力，风荷载也称为风的动压力，风荷载的大小除了与地形、风压有关以外，还与建筑体的高度和体型有关。因此在设计门式钢架结构的墙梁时必须要对强烈所承受的风荷载进行实验计算，并且在设计时要注意墙梁的截面在风吸力作用下是否满足要求。

2.5门式钢架结构围护设计外板厚度

一般各地区各种板型的基材最小厚度为0.476mm，沿海地区应根据风压大小计算其厚度。内板厚度各种板型的基材最小厚度为0.376mm。压型钢板长度根据需要分为在工厂制作或现在制作，在工厂制作的板，限于运输和安装原因，长度一般不宜超多15m，现场制作的板长度不宜超过50m。采光板的选用：通长设置时采用整体式采光板，点式布置时采用组合式采光板。北方积雪结冰地区，宜采用组合式采光板。螺钉的长度应根据板型或固定座、保温棉厚度、檩条或墙梁的厚度计算确定。对于双层板屋面保温棉可以不考虑支撑，对于单层板屋面保温棉应该考虑支撑，一般可以采用以下几种方法：利用高强度的防潮贴面支撑保温棉；利用不锈钢丝（或镀塑钢丝绳）支撑保温棉。

2.6柱脚设计要防止柱子拔出

虽然门式钢架结构因其设计形状使得其在使用安装时比较简单，但是在风荷载较大的使用地区，尤其要注意门式钢架结构柱脚的设计，必须保证柱脚承受风荷载的能力在当地最大风荷载之上，因为门式钢架结构的稳固性基本上取决于柱脚的抗风荷载能力，由此可见在柱脚处构造抗拔措施的重要性。

3伸缩缝间距的设计

GB50122-2015第5.2.4条规定，门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度应符合下列要求：纵向温度区段不宜大于300m；横向温度区段不宜大于150m，当横向温度区段大于150m时，应考虑温度的影响；当有可靠依据时，温度区段长度可适当增加。GB50122-2015第6.3.1条规定：当房屋总宽度或总长度超出本规范第5.2.4条规定的温度区段最大长度时，应采取释放温度应力的措施或计算温度作用效应。房屋纵向释放应力的措施可采用在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔。门式刚架轻型房屋钢结构横向无吊车跨可以在屋面梁支承处采用椭圆孔或可以滑动的支座释放温度应力。

4屋面单跨钢梁设计

近年来，2~3层的钢筋混凝土框架结构房屋在顶层抽柱后，屋盖时常采用实腹式钢斜梁的情况时有发生，钢斜梁搁置在混凝土柱顶的预埋钢板上，并通过预埋在混凝土中的锚栓固定。该结构体系与门式刚架不同的是钢筋混凝土柱代替了钢柱，混凝土柱底部为刚接，但钢梁与钢筋混凝土柱因材料不同，难以实现刚接。钢斜梁的设计可依据《民用建筑工程常见问题分析与图示》（05SG109-4）第3.3.6条规定。所构成的跨变排架应重新进行内力分析。除应验算钢斜梁的承载力外，还应按承载力和柱顶位移限值确定钢筋混凝土柱的截面尺寸和配筋。

钢梁挠度容许值目前有较大争议，在《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录A.1.1中规定了主梁（包括悬挂起重设备的梁）的挠度容许值为L/400，而抹灰顶棚的次梁和其他梁的挠度容许值为L/250；《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（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钢斜梁挠度限值为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。当按L/400控制挠度时显得过于保守和不经济，且无悬挂起重设备，但按照L/180控制挠度时会使钢梁比较柔，当遇到大雨、大雪等极端天气时，会导致钢斜梁局部挠度过大而影响使用。考虑到采用轻型屋面，荷载较小，施工时还可以采用起拱来调节钢斜梁挠度，结合以往工程经验，建议钢梁挠度可根据使用功能控制L/400~L/250之间为宜。

结束语

当前随着我国的经济水平稳步增长，城市化的进程也在逐渐加快，而在建筑行业中，钢架结构技术的成熟以及钢架结构多样性发展使得工程师在设计建筑时有了更多的选择。尤其是随着轻型门式钢架结构技术的成熟，这种钢架结构也得到了建筑行业的广泛使用。

参考文献：

[1]许建光.工业建筑门式刚架轻型钢结构设计[J].建材与装饰，2016（03）：83-84.

[2]韩健.门式刚架轻型房屋钢结构设计中几个问题的探讨[J].门窗，2015（04）：149+151.

[3]曹凤兰，李华.门式刚架轻型房屋钢结构设计[J].有色金属设计，2014，41（03）：57-59

[4]胡斌，邓向华.门式刚架轻型房屋钢结构设计的几点问题[J].科技创新导报，2014，11（06）：59.

[5]高英杰.门式刚架轻型房屋钢结构设计研究[J].中国建筑金属结构，2013（22）：10.

[6]李骁男.探讨门式刚架轻型钢结构设计[J].河南建材，2013（01）：22-23.