浅谈轻型门式钢架结构设计(一)

浅谈轻型门式钢架结构设计(一)
摘要:本文简要介绍了门式轻钢结构的概况，对它的设计方法、设计步骤、材料选型和设计中需要注意的问题，做了简要介绍，有利于对轻型门式钢架结构设计有较为完整的认识。

关键词:轻型门式钢架；设计步骤
轻型门式钢架房屋结构在我国的应用自20世纪60年代开始兴起，90年代以来随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H型钢的出现，轻刚结构在我国进入兴旺发展的时代。

在目前的工程实践中，门式钢架的梁、柱多采用焊接H形变截面构件，单跨钢架的梁柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用；柱脚可与基础刚接或铰接；围护结构多采用压型钢板；保温隔热材料多采用玻璃棉。

门式钢架轻型房屋钢结构设计一般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；承重构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。

一、柱网布置的确定
轻钢厂房结构设计中首先要解决的问题是如何配合工艺要求进行柱网的平面布置。

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。

通过已往多个工程的设计实践，在门式钢架设计过程中对柱网安排得出以下结论：
（一）通过大量计算发现，当檐高6m、柱距为7.5m，荷载情况完全一致下，跨度在18～30m之间的钢架单位用钢量（Q235B）为18～28kg/m2，当跨度在21～48m之间的钢架单位用钢量为25～40kg/m2，当檐高为12m、跨度超过48m时宜采用多跨钢架（中间设置摇摆柱），其用钢量较单跨钢架节约18%左右，因此设计门式钢架时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。

对门式钢架轻型钢结构而言，钢架用钢量是最主要的，当钢架跨度较小时，钢架用钢量甚至占总用钢量的50％以上，而其它各单用钢量，特别是墙架梁、柱间支撑、屋面支撑，其用钢量所占比例较小，因此，在设计门式钢架时应精确设计，合理使用。

（二）随着柱距增大，其它各部分结构的用钢量均随柱距的增加而增加，特别是吊车梁，由于柱距较大，须采用格构形式，其用钢量所占比例较大，并最终超过了钢架的用钢量。

其次是檩条，由于长细比的要求，用钢量增加也较快。

综合各项用钢量，设计时可以做出多种方案进行比较，最终选择最佳方案。

二、门式钢架荷载取值
门式钢架房屋上作用的荷载一般有：竖向荷载（结构自重、雪荷载、积灰荷载等）和水平荷载（风荷载、吊车刹车力），还有地震荷载（水平和竖向）。

由于轻钢结构自重较轻，所以对地震的反应也较轻，这一点对抗震非常有利。

三、钢架内力和侧移计算方法
（一）内力计算方法：对于变截面门式钢架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当钢架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。

变截面门式钢架的内力通常采用杆系单元的有限元法（直接刚度法）编制程序上机计算。

地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。

根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。

（二）侧移计算方法：变截面门式钢架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。

如果最后验算时钢架的侧移刚度不满足要求，需采用下列措施进行调整：放大柱或梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚。