门式刚架设计中应该注意的问题

门式刚架设计中应该注意的问题
[摘要]：本文从针对门式刚架结构的特点，从计算模型，荷载确定，梁柱计算长度的确定等方面进行分析，并结合实例提出了自己的体会和门式刚架设计中需要注意的事项。

[关键词]：轻型钢结构计算模型门式刚架
1.引言：
门式刚架轻型年来发展最快的一种轻型钢结构，以其美观轻巧、造价低廉、施工方便快捷而被广大业主和工程师所接受。

2.门式刚架结构特点：
2.1优点：
与混凝土结构厂房相比，门式刚架轻型钢结构厂房有很大的优越性；
2.1.1.工业化生产程度高；
门刚厂房几乎所有的构件都可以在工厂进行生产，然后再现场拼接，不仅施工周期短，而且免去了大部分浇筑混凝土之类的湿作业，既保证了施工质量，提高施工速度又能改善了工人工作环境。

2.1.2.自重轻，跨度大；
由于门式刚架大多采用各种彩色压型钢板做屋面，自重较轻，梁和柱截面等构件截面可大大减小，有利于增加有效使用空间，同时基础造价相对也较低。

同时，门式刚架厂房可以轻而易举的实现30多米的跨度，这是是普通混凝土结构无法比的。

2.1.
3.材料可循环利用；
当达到使用年限时，门刚厂房几乎所有的构件都可以拆卸回收利用，不会产生大量的建筑垃圾，有利于保护环境。

2.2缺点：
不耐腐蚀，防火性能较差。

3．门刚计算模型：
门式刚架大多采用压型钢板屋面，屋面板不能有效协调各榀刚架之间的变形，我们计算混凝土结构时经常用到的平面内刚度无限大这一假定就不能成立，因而属于平面受力体系，其内力计算不能再用三维整体模型模型计算，所以我在门式刚架计算时一般取一榀进行计算。

4．跨度和柱距的确定：
跨度大是门式刚架轻型钢结构厂房的一大优势，但是并不意味着跨度越大越经济，需要根据业主的实际需要和工艺上的需要，适当增加跨度不仅可以节省空间，还能降低造价，一般跨度宜取9-36米，高度宜4.5-9米。

柱距与屋面荷载、屋面檩条形式等因素有关，一般取6-9米，柱子间距太大檩条用钢量就会增加，柱距太小，刚架用钢量就会增加。

5.荷载确定：
门式刚架屋面恒荷载应根据檩条的大小、屋面材料和支撑布置情况取值，一般为0.20-0.30KN/㎡,活荷载取值按照荷载规范GB50009-2001(2006年版)中规定不上人屋面活荷载标准值取0.5KN/㎡，对于不同的结构应按照有关设计规范的规定，将标准做0.2KN/㎡的增减。

同时门式刚架轻型屋面设计规范CECS102:2002中3.2.2条的规定：当荷载水平投影面积超过60平方时，可取不小于0.3KN/㎡。

3.2.5条规定：屋面活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。

对于门式刚架厂房投影面积一般大于60平方米，这点一般都能满足，但设计中还必须考虑到当地雪荷载的大小，否则活荷载取值就会过小。

6.梁柱截面的初步确定：
为了降低用钢量，同时便于运输和现场拼装，对钢梁进行分段是有效的措施之一，分段比一般可为1：2：1或者1：2，也可参照弯矩图进行分段。

分段长度可取6-10米。

分段不仅可以变腹板截面，还可以变翼缘的截面。

门式刚架中规范允许利用腹板屈曲后强度，所以腹板的高厚比可以比一般的钢结构大些。

钢梁高度可以做到跨度的1/50左右，高宽比为3-5。

构件的腹板不宜太厚（一般6-12mm）,翼缘也不宜太宽（150-250mm）,尽量用其高度。

在保证稳定的前提下尽量采用开展的界面，以增大界面惯性矩更经济些。

7．梁柱计算长度的确定：
梁柱平面外计算长度应侧向支撑点间距离，当两翼侧向支撑点的间距不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点的间距。

边柱可以设置隅称作为柱子翼缘的侧向支撑点，取隅撑间距作为平面外计算长度。

而中柱则要视具体情况，如果柱子平面外计算长度过大，在不影响使用的前提下可以在柱子中间部位设置水平系杆，从而避免一味加大加厚柱子翼缘板，从而降低造价。

如我做扬州天富龙厂房，中柱不设系杆时截面要H450x275x6x12，在半高处设置系杆后，有效降低了柱子平面外计算长度，柱截面H450x220x6x10就满足计算和构造要求。

8．支撑和屋面檩条布置：
门式刚架轻型钢结构设置屋面支撑系统和柱间支撑的目的是为了形成空间稳定体系，提高结构的整体刚度，为刚架平面外提供可靠的支撑，传递房屋纵向水平荷载以保证施工安装时刚架的稳定和安全。

因此合理设计支撑系统是整个结构设计的一个重要组成部分。

在每个温度区段或分期建设的区段中，可以在第一个开间或第二个开间分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系，在设置柱间支撑的开间同时设置屋盖横向水平支撑，以组成几何不变体系。

当设在端部第二个开间时，在第一个开间相应位置宜设置刚性系杆。

柱间支撑和屋面水平支撑应对应设置，间距一般取30-50米，且不应大于60米，当房屋较高时，柱间支撑应分层设置。

没有吊车时，柱间支撑可采用柔性支撑，常用十字交叉圆钢支撑。

当但是应该控制两交叉支撑之间的夹角在30°-60°之间，不满足时应采用型钢支撑等形成刚性支撑。

有吊车的厂房柱间支撑应该采用刚性支撑。

屋面在檐口和屋脊处应设置通常的水平水平支撑。

屋面檩条应根据柱距、雪荷载、风荷载等因素确定。

当柱距较大或者荷载较大时，可采用连续檩条以减小用钢量。

如安徽蓝德集团凤阳电气有限公司1#厂房，柱距7.5米用C型钢檩条C250x70x20x2.0,用Z型钢檩条Z180x70x20x2.0就足够了。

但是要有能保证檩条连接处能传递弯矩的措施，檩条搭接长度不能太短，一般应不小于300mm.檩条跨度不大于4米时可根据计算是否需要设置拉条；大于4米时宜在檩条中部设置一道拉条；大于6米时，宜在三分点处各设置一道拉条。

在最外边两排檩条之间还应该设置撑杆。

在实际验收工程时经常发现作为柱间支撑的圆钢或者檩条之间的斜拉条等松弛或者缺少，这样无法满足房屋稳定性的要求，无法保证房屋在外部荷载的作用下不产生过大的变形。

9.钢柱换混凝土柱：
少数设计的门式刚架，为了节省造价，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁与竖放式端板与混凝土柱中预埋螺栓连接，但此时梁柱只能按铰接计算。

在梁柱连接部位，抗拉、抗剪能力很差，在荷载作用下很容易就松动破坏，所以不能按刚节点处理。

翔建铸造公司2#厂房刚开始按门式刚架设计，到施工图纸会审时，业主却要求只把钢柱换成混凝土柱子，钢梁截面不变。

连接方式改变了，内力分布情况完全变了，钢梁截面也要适应这种变化。

10.围护墙：
门式刚架轻型钢结构设计规范规定：抗震设防烈度小于等于6度时，围护墙可采用砌体或者轻型墙板，抗震设防烈度为7、8度时，可采用轻型墙板或非嵌墙体，9度时宜采用柔性连接的的轻质墙板。

同时，墙体和刚架之间应该有可靠的连接。

由于砌体是脆性材料，砌体墙体位移限制和刚架也有较大的区别，为了协调墙体和刚架之间的变形，宜在砌体墙体和刚架之间采用柔性连接，以免造成墙体裂缝等影响正常使用。

11.柱脚：
门式刚架的柱脚形式有铰接柱脚和刚接柱脚两种。

没有吊车的厂房或者吊车吨位不超过5吨时，大多都采用铰接柱脚。

铰接柱脚，一般有一对或者两对柱脚，基础只受轴向力和剪力作用，基础设计比较简单，可节省基础造价。

当厂房高度较大或者水平荷载较大柱顶位移不能满足规范规定或者有5吨以上吊车或者有桥式吊车时，应采用刚接柱脚，地脚螺栓也在四个以上。

当然，绝对的刚接和铰接是不存在的，采用什么类型的柱脚还要根据实际柱脚内力组合情况和地质情况确定，使设计最优化。

规范规定：不宜用螺栓承受柱脚的剪力，不论是刚接还是铰接的柱脚都需要设置抗剪键以承受水平荷载。

12.结语：
门式刚架轻型钢屋架设计还应考虑到屋面排水、防锈和防火等方面的问题。

作为一名工程设计人员必须根据实际情况和使用要求，综合考虑才能设计出既安全经济，又实用美观的轻钢厂房。

参考文献
[1] 国家标准，钢结构设计规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2003。

[2] 国家标准，建筑结构荷载规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2006。

[3] 国家标准，建筑抗震设计规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2010。