带局部夹层的门式刚架设计

摘 要：门式刚架在钢结构中应用比较广泛，现在已经成为一种成熟的结构形式，需要以实际需求为依据，对建筑结构设计特点进行分析，确保其最终设计可以顺利展现其所具有的使用功能。对于带局部夹层的门式刚架，在设计时需要与常规方法区分开，对常见的问题进行分析，并选择合适的措施进行优化，争取提高刚架结构稳定性与安全性。分析了带局部夹层门式刚架设计存在的不足，并根据其特点提出了相应的优化措施。

关键词：夹层；门式刚架；结构设计

门式刚架作为主要受力结构已经被广泛的应用到单层轻钢房屋中，具有抗震性高、自重轻、跨度大以及施工简单等优点，并且经济性高，具有良好的发展前景。带局部夹层门式刚架的提出，可以满足更大内部使用面积的需求，但是因为夹层部分基本上选择用钢筋混凝土楼盖结构，传统的设计方案已经不能满足其需求，必须要在原有基础上做更进一步的研究分析，选择合适的措施来解决存在的各类问题。

1 带夹层门式刚架结构分析

1.1 结构分析

一般情况下带夹层门式刚架结构会选择用组合楼板作为夹层，整个结构主要由柱、柱间支撑、主次梁与楼板、栏杆等组成，其与轻钢屋面相比较，夹层结构的自重更大，因此使用的荷载也就更大。从实用功能方面进行分析，带夹层门式刚架可以分为办公用夹层平台与设备操作用夹层平台两种。按照与主体连接方法分析，则可以将平台结构分为独立夹层平台，其与主体厂房呈现完全分开的模式；以及一侧与主体厂房连接，一侧独立的夹层平台。按照夹层平台布置范围进行分析，则可以分为局部夹层平台与满布夹层平台两种。

1.2 结构特点

1.2.1 荷载大。带夹层门式刚架结构自重与荷载一般都比较大，这样在对其进行设计时，就需要加强对此方面因素的分析，选择地震作用组合进行控制，将地震作用计算在内。其中，在进行抗震设计时，如果刚架纵横方向总刚度与总水平力重力中心重合度较低，将会直接影响质量与刚度分布的效果，两者不对称，会对建筑结构抗震性能造成影响，因此在结构抗震设计时，必须要计入纵横双向水平地震作用下扭转影响。

1.2.2 刚性大。对于带夹层门式刚架结构水平刚度会具有一定变化，为提高其设计效果，在建立力学模型时，必须要基于此特点对楼板实际刚性进行计算。另外，对于已经达到限制值的高层建筑工程，还需要考虑风荷载因素，确定其是否会对结构造成影响，然后严格按照专业规范进行设计。

2 带局部夹层门式刚架设计常见问题分析

2.1 合理选择结构形式

带局部夹层门式刚架结构设计时，需要结合实际情况来确定设计方案，确保其可以满足基本功能需求。对于不带吊车门式刚架结构厂房，设计施工时基本上会选择用轻型维护结构，与其他结构相比自重较小，这样结构荷载主要为风荷载与雪荷载，对于抗震设防烈度较高地区，地震力能力起到的控制作用十分有限，这样通过设置夹层，则可以有效改善结构受力特征。在设计局部夹层时，应尽量选择用防震缝将其与主体结构区分开，这样可以避免因为选择用钢筋混凝土楼盖结构而造成的自重荷载过大，而导致结构受地震作用影响刚心与形心偏置发生扭转。对于部分建筑工程必须要选择用钢筋混凝土楼盖结构设计方法，为降低其对刚架柱受力的影响，需要提前建立受力模型对内力进行分析，并设置相应的构造措施来减少夹层区地震作用对主结构造成的影响。如在夹层周边设置强支撑结构，确保夹层产生的地震力会直接传递给结构基础，并在基层屋盖结构设置纵向水平支撑，来对结构侧移问题进行调整。

2.2 优化结构计算方法

2.2.1 建立模型。以结构实际设置情况为依据，依次将各受力构件布置在模型内部，如纵向支撑、屋面支撑以及刚性系杆等。其中，地震作用计算方法为振型分解反应谱法，门刚部分平面外刚度比较小，在计算过程中很容易出现振动问题，这样就会对质量系数产生影响。因此在建立模型是，必须要以实际受力构件设置情况为依据，以免主要振型出现局部振动问题。对于选择用钢筋混凝土楼盖为夹层部位的结构，建立模型时应按照实际参数输入，如果门刚部分屋面板选择用压型钢板时，可以将屋面板厚度确定为0，并不考虑其刚度，仅利用其荷载倒算。

2.2.2 计算长度。目前钢结构柱计算长度最为常见的方法有三种，即刚度比方法、门规一阶分析法以及阶形柱计算方法等，不同方法适用的范围不同，并且最终得到的结果也存在一定差异，需要结合实际情况来选择相应的方法。例如刚度比法主要适用于有侧移、无侧移标准钢框架柱计算长度计算；门规一阶分析法则适用于标准门式刚架结构柱计算长度确定；阶形柱计算方法主要应用于有吊车作用的排架柱确定阶形柱上下柱计算长度系数。在对带局部夹层门式刚架结构进行计算时，主要选择用刚度比法，然后屋面梁以及非夹层柱按照门刚规范来进行计算。得到计算结果后，假设顶层门刚柱计算长度系数位于地面，根据两层柱间连接来选择合适的支座形式并完成长度计算，而刚架柱、梁平面外计算长度取值则按照平面外有效支撑间距计算，将最终结果输入到模型中。

2.2.3 设计规范。带局部夹层门式刚架结构设计与常规刚架结构设计存在一定差异，需要考虑的影响因素更多，必须要严格按照专业规范进行设计，做好各项参数的控制，确保工程施工效果满足实际需求。结构在设计时要求构件宽度比、高度比合理，对于处于地震设防烈度较高区域的建筑工程，还需要重点做好抗震设计分析，对各节点进行抗震验算，选择用梁翼缘顶面加盖板、梁端加腋角以及梁翼缘加宽等构造措施来确保梁柱连接节点满足“强节点弱构件”要求。

2.3 抗风柱设计

一般会选择将抗风柱下端设置成与基础结构连接，其上端设计成不承受上部刚架传递竖向荷载的模式，只需承受风荷载与压型钢板山墙重力荷载即可。在结构实际设计过程中，可以基本上忽略压型钢板山墙重力荷载作用，并且其特性与梁受力相似，为压弯构件或者纯弯构件，这样在计算时即可以按照相关梁控制参数进行设计，确保其可以满足受压构件长细比限值，可以提高抗风柱设计的经济性。对抗风柱结构进行分析，具有剪力小、竖向力小以及无弯矩特点，这样对基础结构的要求可以适当的降低，结合实际情况适当的缩小基础体积。如果选择将夹层段设置在端部位置，则需要将其与平台梁结构进行连接处理，对于部分荷载较大的结构，还需要将基础结构设置成刚接的方式，来提高结构的稳定性。

3 结语

对带局部夹层门式刚架进行设计时，需要分析其所具有的特点，明确其与传统门式刚架结构存在的差异，对传统设计方法做出适当的调整，控制好各项影响因素，严格按照专业规范进行设计，合理设置各项设计参数，确保结构设计满足专业要求。

参考文献

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作者简介：胡敏（1987- ），男，江西九江人，学士，研究方向：建筑结构。