门式刚架轻型钢结构房屋设计探索

摘要：门式刚架轻型钢结构房屋体系外观简洁、美观，内部构造简单，跨度大，柱网布置灵活，配件生产标准化较高。目前，门式刚架轻型钢结构已广泛地应用于各类工业厂房、仓库、体育场馆、会议中心、超市、机库等大型公共建筑，且特别适用于地震区或地基承载力较低、缺少砂石和水泥等建材的地区。

关键词：门式刚架轻型钢结构房屋设计

中图分类号：F407.9文献标识码：A

钢结构是土木工程的主要结构类型之一，是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的，在房屋建筑、地下建筑、矿山建筑、水工建筑、仓储建筑、桥梁、塔桅、海洋平台、港口、油气等压力容器以及管道中都得到广泛应用。

门式刚架结构是一种轻型房屋结构体系，以等截面或变截面轻型焊接H型钢、等截面热轧H型钢或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢(槽钢、卷边C形、Z形等)做凛条、墙梁;以压型钢板、压型铝板做屋面和墙面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酷泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑。

1设计结构形式

门式刚架又称为山形门式刚架.其结构形式多种多样。按构件体系分，有实腹式与格构式;按截面形式分，有等截面和变截面;按结构用材分，有普通型钢、薄壁型钢和钢管;按跨度可以分为单跨、双跨和多跨刚架;按屋面坡向分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡等。在单层工业与民用房屋钢结构中应用较多的单跨或多跨的单、双坡门式刚架(根据需要可带挑檐或毗屋)。根据通风、采光的需要，这种刚架厂房可设置通风口、采光带和天窗架等，目前单跨刚架跨度国内最大已达到72 m。

对于多跨刚架，在相同跨度条件下，多脊多坡与单脊双坡刚架用钢量大致相当。但多脊多坡刚架的内天沟容易产生渗漏及堆雪等问题，而连续的长坡压型钢板屋面有利于排水，因此常做成单脊大双坡屋面。对于单脊双坡多跨刚架.无桥式吊车时，且当刚架柱不是很高，风荷载也不很大时，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱。中间摇摆柱和梁的连接构造简单，而且制作和安装都省工。摇摆柱不参与抵抗侧向力，截面可以用得较小。但设有桥式吊车时，中柱宜为两端刚接，以增加刚架侧向刚度。

2结构布置

2.1门式刚架布置

门式刚架的跨度指横向刚架柱之间的距离，跨度宜为9-36 m，宜以3 m为模数，必要时可不受模数限制;当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度，宜采用4. 5 m---9. 0 m，当有桥式吊车时不宜大于12 m.高度应根据使用要求的室内净高确定，有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求来确定。柱的轴线可取通过柱下端(较小端)中心的竖向轴线。工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮。斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。

2.2檀条和墙梁布置

屋面檀条一般等间距布置，但在屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道檀条，使屋面板外伸宽度不要太长(应小于200 mm)，在天沟附近应布置一道檀条，以便于天沟的固定。檀条间距应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檀条供货规格等因素的影响并按计算确定。

侧墙墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。当采用压型钢板作围护墙面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型和规格确定，且不应大于由计算确定的数值。

2.3支撑与刚性系杆的布置

门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑，圆钢与相连构件的夹角应在300---600范围内，宜接近450.当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑;在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。

3设计时需要注意的几个要点

3.1门式刚架中组成构件的板件较薄，对制作、涂装、运输、安装的要求较高。焊接构件板的厚度不应小于3. 0 mm，冷弯薄壁构件中板的最小厚度为1. 5 mm，屋面、墙面压型钢板基材厚度不宜小于0. 4 mm。门式刚架构件由于板件较薄，抗弯刚度、抗扭刚度较小，在运输和安装过程中应采取措施防止构件发生弯曲和扭转变形，同时还要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与擦条、墙梁等构件的连接构造。

3.2 框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为1/180，除验算坡面斜梁挠度外，是否要验算跨中下垂度？现在了解到，美国是计算的。他们作框架分析，一般是将构件分段，用等截面程序计算，每段都要计算水平和竖向位移，不能大于允许值，等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度，刚度太小竖向变形就大。要的度本来就小，脊点下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面竖向刚度过小，第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡，使屋面变形。现在打算做个规定，刚架侧移后，当山尖下垂对坡度影响较大时，要验算山尖垂度，以便对屋面刚度进行控制。

3.3少数单位设计的门式刚架，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连，形成刚接，目的是想节省钢材和降低造价。在厂房中，的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能铰接，不能刚接。多高层建筑中，钢梁与墙的连接也是如此。因为混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很并，在外力作用下很容易松动和破坏。

3.4支撑和刚性系杆的布置应符合下列要求。

①在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。

②在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。

③柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30-45 m;当有吊车时宜设在温度区段中部，当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60 m,

④当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。’当建筑物宽度大于60 m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑。

⑤在刚架转折处(单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊)应沿房屋全长设置刚性系杆.

⑥由支撑斜杆等组成的水平析架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。

⑦刚性系杆可由擦条兼作，此时擦条应满足对压弯杆件的刚度和承载力要求。当不满足时，可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其它截面形式的杆件。

⑧在设有带驾驶室且起重量大于15t桥式吊车的跨间，应在屋盖边缘设置纵向支撑析架.当桥式吊车起重量较大时，尚应采取措施增加吊车梁的侧向刚度。

【结束语】

综上所述，在设计钢结构时，应当从工程实际出发，合理选用钢材，选择高强度、具有较好经济指标的钢材;在结构方案选择上，应尽可能采用标准化、模数化的结构布置;在连接设计中.应选用构造简单、传力直接的节点形式，并应满足构造要求;另外，在钢结构设计中，还应保证钢结构在加工、运输、安装和使用过程中的强度、刚度和稳定性要求，并应针对钢结构的实际，满足防火、防腐的要求。宜优先选用通用的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量。

【参考文献】

【1】李天.建筑钢结构设计 .2010

【2】赵玉星. 常用建筑结构设计.2008

【3】赵风华. 钢结构原理与设计 下册.2010