门式刚架轻钢结构设计与安装

【摘 要】门式刚架轻钢结构采用概率理论为基础的极限状态设计方法。应根据具体要求选择较为经济的跨度，同时应该重视对柱脚螺栓、隅撑、支撑的设计。安装主要项目为主次构件、封闭件、连接件等。

【关键词】门式刚架；荷载；跨度；柱距；优化设计；安装

0.前言

轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式，广泛应用于工业、居住和公共建筑，具有施工速度快、建筑类型美观、钢材用量少、性价比高等优势，特别是近几年来，随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H型钢的出现，门式刚架发展迅猛，在我国得到广泛应用。

1.荷载取值

门式刚架结构设计的主要依据为《刚结构设计规范》（GB50017），《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018）和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102：2002）以下简称“轻钢规程”。轻钢规程屋面活荷载由0.3KN/M提高到0.5kN/m2同时规定对于荷载水平投影面积大于60M的刚架构件可取不小于0.3kN/ m2。屋面构件计算时的活荷载取值大于刚架计算时的取值是合理的，由于刚架斜梁在一般情况下均符合此条件，因此对刚架用钢量并无影响，仅对屋面板和檩条有影响。风荷载和雪荷载都改用50年一遇，按荷载规范的规定采用。规定屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值，同时规定风荷载不与地震荷载同时考虑。

2.结构设计方法及抗震设计

门式刚架轻型房屋结构设计应采用以概率理论为基础的极限状态设计法，按分项系数设计表达式进行计算，承重构件应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。

单层门式刚架轻型房屋钢结构自重小，承载力一般不受地震作用效应组合控制，通常可不进行抗震计算。但补充规定，对于宽阔刚架或高度很大的刚架，或很长的纵向刚架，或有夹层、吊重、桥式吊车等情况，则需要进行地震作用效应组合验算。通过计算表明，无吊车的单层门式刚架，地震烈度为6度至7度时，地震作用对门式刚架的设计不起控制作用。对于地震烈度为8度时，当刚架的跨高比超过3.5后，地震作用对门式刚架设计不起控制作用，刚架的跨高比为1.5～3.5时，地震作用对门式刚架的设计起控制作用。其中，跨高比为1.5时，地震作用的影响最大。

3.结构的优化设计

3.1跨度的确定

不同的生产工艺流程和使用功能决定着厂房跨度，业主根据自己的使用功能，确定较为经济的跨度。在尽可能满足生产工艺和使用功能上，应根据房屋的高度确定合理的跨度。一般情况下，当柱高、荷载一定时，适当增加跨度，刚架的用钢量增加不太明显，但节省空间，基础造价低，综合效益较为可观。通过计算发现，当檐高6m、柱距为7.5m，荷载情况完全相同情况下，跨度在18-30m之间的刚架单位用钢量（Q235B）为18-28kg/m，当跨度在21-48m之间的刚架单位用钢量为25-40kg/m。当跨度超过48m时宜采用多跨刚架（中间设置摇摆柱），其用钢量较单跨刚架节约18%左右，因此设计门式刚架应根据具体要求选择较为经济的跨度，不宜盲目追求大跨度。

3.2刚架最优柱距的确定

刚架的柱距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等有关，当刚架跨度较小时，选用较大的柱距，会增加懔条的用钢量，这是不经济的。“轻钢规程”规定，刚架柱距宜为6m，7.5m，9m，最大间距采用12m。经计算发现，随着柱距的增大，刚架的用钢量是逐渐下降的，但柱距增大到一定后，刚架用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓，而其他如懔条、吊车梁、墙梁的用钢量会随着柱距的增大而增大，一般情况下，门式刚架的柱距应在6m∽9m之间，超过9m时屋面懔条与墙梁体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。

4.结构设计应注意的几个问题

4.1柱脚螺栓抗剪及抗拔

应进行柱脚锚栓的抗拔计算。柱脚锚栓不能参加抗剪，水力应有底板与混凝土基础间的摩擦力承受，超出时应设置抗剪键。

4.2隅撑设置

隅撑的作用是保证刚架在斜梁受压下翼缘和刚架柱受压翼缘出平面外稳定，对结构安全很重要。轻钢规程规定“在檐口位置、刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处各设一道隅撑”，就是为了保证该处的稳定性。此外，还规定在斜梁下翼缘受压区均应设置隅撑。至于柱的隅撑，应根据具体情况设置，当柱高较大时，要求分段进行平面外稳定性验算。

5.安装

5.1 主构件安装

5.1.1根据构件的设计参数、现场条件、施工周期，选配相应的吊运机具和人力。

5.1.2构件吊装前要再次验收基础和地脚螺栓，构件外观质量、几何尺寸和安装方位。

5.1.3构件吊装时要确定合适吊点，无论构件大小都要试吊一次，使构件离地200mm左右，检查各部位有无问题，在确保安全可靠的情况下，正式吊装。

5.1.4构件就位时，回钩要缓慢，穿引螺栓要准确，柱子地脚螺栓紧固后，柱子顶端用4根缆绳封固，横梁就位后，两端各用2根缆绳封固，缆绳方向与横梁成垂直，2排以上构件安装后要安装支撑，使局部构件形成稳定空间。主构件完全稳定，找正精平后，临时缆绳或支撑拆除。

5.2 次构件安装

5.2.1层面檩条安装一要注意檩条方向，屋檐第一排檩条与第二排檩条方向相对，第二排以上直到屋脊方向一致。二要注意伸出长度，结构线与轴线有明显区别。三要注意螺栓孔位置，如与屋面梁螺栓错位时一定要屋面梁调整到位，否则会影响屋面板安装。

5.2.2墙面檩条安装方法与屋面檩条安装基本相同，要保证横平竖直。檩条支撑件、檩条联接件都与屋面檩条、墙面檩条同步完成。

5.3 封闭件安装

5.3.1屋面板安装与保温板同步进行，保温棉在下面。保温棉要拉紧，平铺在檩条上，从屋脊向下铺，下面通过胶条与檩条固定，横向接头必须赶在檩条上，多余部分用壁纸刀切掉，纵向对接缝间隔200mm左右将二带保温棉下面的PVC布用针书钉钉牢，上面铺屋面板。

5.3.2层面板安装必须沿屋面横向一端开始，向另一端进行，每块板按固定位置，由屋檐向屋脊依次联接成带，板与板之间对准孔位，上下加夹板加密封胶，螺栓紧固，联带与带之间纵缝扣接，卷边机将扣边卷固。

5.3.3外墙安装：搭好脚手架，便于操作，先挂保温棉，从左边第一轴线开始向右边进行，保温棉用钢钉与檩条临时固定，墙板要横平竖直，位置要准确，而后用自攻螺钉将墙板和保温棉一起钉在檩条上，窗口上下二带墙板在安装中应使用经纬仪找齐。

5.4 联接件安装

5.4.1高强螺栓安装前要认真核对螺栓批号、型号规格和使用部位。安装时按同一方向穿入，不准强行敲打，用普通搬手完成初拧，消除板叠间隙，而后再将螺母转动13～34圈完成终拧，最后再用扭矩搬手紧固达到扭矩值为合格。

5.4.2检验方法

①用扭矩搬手复拧检查扭矩值允差±10%。

②用0.3～0.5kg锤轻敲螺母另一边，手感轻微震动为合格。

6.质量重点与控制措施

6.1 基础制作

6.1.1轻钢结构一般均为无垫铁基础，即基础顶面直接作为屋柱的支撑面，屋柱底板地脚螺栓孔一般不允许气割开孔，因此基础的坐标、顶面标高和水平度、光洁度、地脚螺栓方位、垂直度等都直接影响轻钢结构的安装质量。

6.1.2基础制作时，方位要准确，地脚螺栓必须用模板定位。混凝土浇注时，基础留方型凹坑深度100mm左右，混凝土强度达到70%以上，用模板面再次调整地脚螺栓，使模板轴线与基础轴线相吻合，基础抹面后顶面磨光，磨光通过上述办法，使基础各项允差达到最低值，用来保证主构件的安装质量。

6.2 主构件安装

6.2.1主构件（柱、梁）安装前，全面检验构件的外观质量、几何尺寸、螺栓孔的方位与相对配合，应标识清楚，重点件记录在案。

6.2.2安装时认定方位对号入座，保证轴间尺寸，防止积累误差，影响总体质量。

6.3 高强螺栓安装

6.3.1高强螺栓是轻钢结构的主要联接方式，每个螺栓都同时受拉和受剪，安装时要严格遵守工艺规定，紧固时也要100%达到扭矩值。

6.4 次构件、封闭件安装

6.4.1次构件、封闭件安装都要注意接头部位，联接件、密封件都不能错用和乱用，否则会影响密封质量。

6.4.2面板卷边要专人负责，操作人员站位要准确，精力要集中。发现行走小车不平稳时，立即停车，查找原因，故障排除后继续工作，否则将会给面板造成不易修整的质量问题。

7.总结

轻型门式刚架结构具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点，在工业厂房中得到广泛的应用。但是，我国轻钢结构毕竟起步较晚，在理论和实践中与国外尚有很大差距，还需要设计人员和施工人员进一步研究我们的设计观念、施工方法和存在的问题，确保工程的设计、安装质量，推动门式刚架轻型钢结构的进一步发展。