论门式刚架轻型房屋钢结构设计

摘要:文章从材料选用、结构分析与计算、连接节点的设计和防腐与防火设计等方面对门式刚架轻型房屋钢结构设计进行了简要的阐述。

关键词: 门式刚架；钢结构；设计

Abstract: the article from material selection, structure analysis and calculation, connected node design and anti-corrosion and fire prevention design steel portal frame houses light steel structure design is discussed in this essay.

Key words: the door frame; Steel structure; design

中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：

门式刚架轻型房屋近年来在我国大量涌现，它造型美观、可提供大跨度使用空间，并且具有施工周期短、造价低廉、自重轻和利于抗震等优势，因而被广泛应用于工业厂房、仓库等众多的工业和民用建筑中。

1 材料选用

门式刚架轻钢房屋结构体系由主刚架体系、檩条和支撑体系、围护体系三大体系构成。各体系选材建议如下。

1.1主刚架体系

承重结构钢材应采用Q235钢。在低温环境及直接承受动力荷载或振动荷载的工况下规范杜绝采用沸腾钢。门式刚架、吊车梁宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢。

1.2檩条和支撑体系

檩条、墙梁宜优先选用CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程附录规定的斜卷边之形冷弯型钢或卷边槽形冷弯型钢。焊接的檩条、墙梁等构件宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢，非焊接的檩条、墙梁等构件可采用Q235A钢。简支、小跨度的檩条宜采用Q235A等级的钢材;连续、大跨度的檩条宜采用Q345A等级的钢材。

一般情况下，当由强度控制设计时宜用Q345A级的钢材，充分利用其屈服强度高的优势;当由刚度控制设计时宜用Q235A级的钢材，在同等用钢量的情况下利用其价格优势;当由稳定控制设计时，可根据具体情况选择Q235A或Q345A级钢材。

屋面和柱间支撑一般采用张紧的圆钢，有较大吨位行车时柱间支撑用角钢，隅撑一般采用角钢，这类型钢根据市场情况采用Q235钢。

1.3围护体系

围护体系采用压型钢板作为面板带来了两大主要特点:1)结构自重轻。2)蒙皮效应强。一般情况下，钢板基材宜选用Q235或性能与其相近的牌号;若为暗扣式压型钢板，则宜选用Q345或性能与其相近的牌号。

镀层在钢板防腐性能方面起主要作用，在相同镀层厚度下，各镀层钢板的防腐性能按由弱到强的排列顺序是:热镀锌钢板、热镀锌合金钢板、热镀5%铝锌钢板、热镀55%铝锌钢板。

涂层(或称面漆)主要成分是有机(碳)化合物，起装饰和保护作用，耐候性和防粉尘附着性是选择涂层首要考虑因素。常用涂层的耐候性由弱到强的顺序是:聚酯树脂(8年～10年)、硅改性聚酯树脂(8年～15年)、聚二乙烯氟树脂(≥20年)。

1.4焊接和螺栓连接

刚架梁柱翼缘与腹板连接的通长焊缝宜采用二氧化碳气体保护焊或埋弧焊等自动焊或半自动焊，其焊丝性能符合GB/T14957-1994的规定，焊剂须符合GB/T 5293-1999的规定。焊接材料型号的选择，应与主体金属强度相匹配:E43焊条相应Q235，E50焊条相应Q345，当构件为Q235与Q345焊接时，焊条应选择E43。手工焊接优先采用E43焊条。焊接中的焊缝重心宜与被连接件重心接近，连接焊缝不得随意加大尺寸。

螺栓连接有普通螺栓连接与高强度螺栓连接。普通螺栓连接(4．6级、C级螺栓)其抗剪性能差，仅作为安装定位使用或连接结构的次要部位。高强度螺栓(8．8级和10．9级)连接常用在结构主要受力构件的连接，如梁与梁、梁与柱的连接。高强度螺栓的选用并不是规格越大越好，不相匹配超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应根据计算选用。高强度螺栓的最小规格M12，常用M16～M30。锚栓一般采用Q235A牌号的钢材制造，但当抗震设防烈度为6度，7度时应采用Q345A。当抗震设防烈度为8度时应采用插入式基础。

2 结构分析与计算

2.1屋面活荷载取值

门式刚架屋面荷载面积一般大于60 m2，屋面均布活荷载取值应乘以0.6折减系数。当出现雪荷载时，两者不同时组合且仅取大值。其他荷载如积灰荷载、施工或检修集中荷载、吊车组合荷载、风荷载取值均应符合现行《建筑结构荷载规范》和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的有关规定。

2.2门式刚架柱合理高度、跨度与适宜间距的确定

厂房的高度、跨度首先应满足生产工艺和使用功能，其次应力求经济，不应盲目追求超高度、大跨度。通过对大量的门式刚架设计整理、统计和分析得出:对于单跨刚架，厂房的柱高与跨度之比的合理取值为:0.25～0.40(无吊车)，0.50～0.70(有吊车);当厂房的跨度超过48 m，檐高超过12 m时，一般采用多跨刚架其间设置摇摆柱，其用钢量明显较单跨刚架减少18%左右。当柱高与荷载在某一范围内，调整加大厂房跨度，不但可以加大使用空间，而且会降低单位面积用钢量和单位面积基础造价，提高厂房的综合效益。

当刚架高度一定时，随着柱距的加大，刚架的用钢量逐渐下降并趋于平缓，而檩条、吊车梁、墙梁的用钢量呈上升趋势，刚架存在一个适宜柱距，它除了与屋面荷载、檩条形式等因素有关外，还与刚架跨度密切相关，分析见表1。

门式刚架的常用间距为6 m～9 m，若超过9 m，其屋面檩条与墙架体系的用钢量会增加很多，很不经济。

2.3刚架梁、檩条和墙梁设计

刚架柱、梁、檩条、墙梁及其他受压构件和受弯构件的挠度控制须满足CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程3.4条和2.5条的规定。刚架梁的挠度影响其刚度，刚度偏小会导致吊顶开裂和屋面漏水。

门式刚架的檩条和墙梁是冷弯薄壁构件，在外荷载作用下同时产生弯曲和扭转，其强度计算应采用有效截面，并且在适当的位置设置拉条和撑杆来保证稳定性。通常在檩条上翼缘1/3高腹板范围内设置拉条。根据檩条的跨度可以设一道或等距三道拉条。拉条和撑杆从檐口一端起，连接每一条檩条到另一端檐口止，如图1所示。墙梁设计时还须注意验算截面在风吸力作用下的稳定。

为保证墙梁的稳定，应参照屋面支撑设置墙梁、支撑和拉杆，撑杆受压、拉条受拉，如图2所示。

图1双C形檩条檐口大样图 图2山墙面支撑布置图

2.4支撑、隅撑和刚性系杆的设置

厂房有吊车时，交叉支撑按刚性支撑设计，其他情况一般按柔性支撑设计。当受到使用和外观限制，不允许设置交叉支撑的部位可以用门架支撑来代替。

山墙柱间在吊车梁牛腿标高附近设置一道通长刚性系杆并连接于山墙柱和角柱上。为提高斜梁的整体稳定性，所有刚架可从构造上在距梁两端3 m的檩条处设置隅撑。当刚架跨度L≥24 m时，在距梁两端6 m的檩条处再增设隅撑一道。