轻型门式钢架结构设计中常见问题及处理方法

轻型门式钢架结构设计中常见问题及处理方法

摘要：门式刚架钢结构工业厂房因其工期短、自重轻、抗震性能好、综合造价低、环保等优点在建筑工程中已被广泛认可。本文根据本人实际工程经验，阐述门式刚架结构设计及施工中常出现的问题，针对类似问题提出改进措施及建议，以供大家参考。

关键词：门式钢架；结构设计；问题；处理措施

Abstract：With the advantage of short period, light dead weight, excellent earthquake-resistant, low complex cost, environment protection etc., the door steel structure industry factory buildings has been accepted widely. In this paper, according to the author many years’experience, it will introduce the door steel structure design and field problems, meanwhile, the author also puts forwards to some advice for references.

Key Words：door steel structure; structure design; problem; treatment measure 引言

钢结构在我国已经发展几十年，尤其近十年日趋发展完善，门式刚架轻型房屋钢结构更是从理论、设计规程到加工、安装日益成熟。近几年来门式刚架钢结构工程以其造价低，施工进度快深受人们的喜欢，厂房、车间如雨后春笋，遍地开花。但随之在设计及施工环节也曝出一些问题，如钢梁变形过大、悬挑构件下挠严重、结构不稳等等。针对此类常见问题，结合本人经验进行分析，提出建议及改进措施。

1. 设计中常出现的问题

1.1 门式刚架钢结构变形过大

1.1.1 恒荷载、活荷载取值偏小

门刚压型钢板屋面的恒荷载取值一般是靠经验和《建筑结构荷载规范》附录A确定的，通常单层板自重为0.08~0.14kN/m2，当有保温隔热要求时，采用的双层钢板中间夹保温层（超细玻璃纤维棉或岩棉等）或夹芯板亦不会超过0.4 kN/m2。。活荷载规定不上人屋面为0.5kN/m2，但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6.，门式刚架一般符合此条件，所以可用0.3kN/m2。有些钢厂设计人员为了一味减低含钢量、降低成本，荷载取值都采取极限最小值，甚至一些附加荷载也省略掉了，比如屋面的风机荷载。

活荷载要考虑当地雪荷载，积雪多的一般在常阴面、檐口、高低屋面、

女儿墙遮挡范围内，因此计算此范围结构时要增加荷载，有些设计人员却按统一的均布荷载考虑。积灰大的屋面更应同时考虑积灰荷载，忽略一方面都可能荷载取值与实际不符。最后设计出的钢柱、钢梁偏小太细，安装完成后，在实际荷载下变形厉害，尤其冬天屋面积雪过厚后。

1.1.2 风荷载考虑不当

门式刚架的风荷载标准值采用公式Wk=βz猀稀眀渀驸，关于门式刚架风荷载系数猀取用，目前有两种。一种是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，一种是《建筑结构荷载规范》。但按两种猀萀取值，所算得的风荷载组合弯矩设计值相比，有较大的差异。在基本风压相同情况下，对于柱子根据规范算的风荷载比规程算的大，对于钢梁规范算的风荷载比规程算的小。也就是说，按规范计算出的钢柱较安全，按规程计算出的钢梁较安全。设计人员在刚架设计时如没有充分考虑，只利用一种体型系数，造成图纸中钢梁或钢柱在实际中偏小。厂房在以后的使用中出现明显变形。

1.1.3 挠度、位移控制忽略

钢结构设计除满足强度要求外，还应考虑其刚度。一些设计人员往往只注重结构强度，而对其刚度忽略了，造成结构或构件变形过大，从而影响了结构或构件的观感和正常使用。设计上是用挠度和位移来控制构件变形的，规范中规定了挠度和位移的相应限值。不同的构件类别是有不同的挠度和位移限值的。例如：门式刚架斜梁，仅支承压型钢板屋面和冷弯型钢檩条取值L/180，尚有吊顶取值L/240，有悬挂吊取值L/400（L为构件计算长度，挠度取值采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》）。如若不对构件挠度和位移进行控制，势必使构件变形过大，下挠厉害。本人见过许多类似工程，虽强度满足要求，但钢梁下挠的程度实在使人用起来不舒服。

1.2 支撑系统不合理

1.2.1 系杆的设置不当

为了保证厂房的整体稳定性，增强其刚度，门式刚架屋面均设置系杆和横向支撑，并布置成封闭型。系杆作为重要的支撑，起到了屋面纵向的整体性，使屋面的纵向力通过系杆传导到。当屋盖横向支撑设置在端部第二开间时，设计人员往往忽视第一开间相应位置刚性系杆的设置，如图1所示。系杆的缺失使得边跨刚架的山墙风载无处传导，边跨刚架与结构整体性也难以保证，给结构留下隐患。

1.2.2 水平支撑的问题

水平支撑属于横向支撑，用于传导横向水平力，其宜设在温度区间端部的第一或第二开间。图1水平支撑就设在第二开间。水平支撑一般采用张紧圆钢，但在有大型吊车和在8度以上抗震区内的厂房屋面还采用圆钢，就有些不妥了；

这也是设计人员宜忽视的问题，应引起重视。

另一个问题就是水平支撑角度过小。由于柱距小跨度大，导致设计人员把水撑设置的横向角度太小，即与刚架夹角小，无法更好的传导水平力，如图2所示。钢结构的空间的整体性无法保证，在大的外力下容易出现事故，应引以为戒。

1.3 屋面檩条薄弱

檩条作为承担屋面荷载分散传给刚架是非常重要的。由于檩条设计上的问题，许多工程出现屋面局部变形过大，出现缝隙、漏水现象，有的在冬季雪天局部垮塌。设计中常犯的是：

一、檩条设计没采用檩条活荷载，而是用刚架活荷载，如一般轻型屋面活荷载规范采用0.3 kN/m2，而檩条采用0.5 kN/m2。设计出的檩条过细。

二、檩条设计不考虑荷载分布不匀，局部不利情况，一律按均布荷载考虑。檐口、高低屋面、女儿墙遮挡范围内、屋面阴面及角落在冬季很容易积雪，这些部位通常比其他部位承载的雪量多。如果仍安装一般部位计算，势必造成檩条不堪重负，变形过大或断裂。

2 改进的措施及建议

2.1 确保门式刚架钢结构变形在规范内

2.1.1 针对荷载取值偏小建议

设计人员认真学习荷载规范，积极参加相关培训，多组织交流会，提高设计理论知识。对于恒载取值要充分考虑各种荷载，不可丢落荷载，在确定好的荷载基础上适当增加些附加荷载，不能盲目降低含钢量。活荷载要首先考虑其分布不匀，在檐口、阴面、女儿墙遮挡范围内增加荷载，或是统一按最大的荷载均匀布载。

2.1.2 风荷载系数猀取用的措施

在选用猀取值时，考虑柱高和梁跨两个重要参数，即刚架跨长L与柱高h的比值L/h。当L/h>4、风荷载较大、屋面荷载较轻的门式刚架采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》较安全。当L/h≤4时，采用《建筑荷载规范》偏安全。如若想更合理设计，两种规范都进行计算，从而综合比较两者的弯矩组合设计值。

2.1.3 挠度、位移规范限值

在计算结构时除了强度满足要求外，一定要计算柱顶位移和钢梁挠度。目前设计人员大多使用PKPM中的STS进行计算，其中的柱顶位移限值和钢梁挠度