轻型门式刚架结构设计论文

轻型门式刚架结构设计论文

摘要：在进行轻型门式刚架结构设计的时候，有很多要点是需要掌握的，只有将这些要点进行合理的配置，才能够真正的体现轻型门式刚架结构的优点所在，同时对节约钢材用量也有一定的作用。作为设计人员，应该在实际的工作中，参考着这些要点，从而保证设计的合理性，确保施工项目真正的价值所在。

轻型门式刚架结构最早在我国出现于上世纪80年代，通过几十年的发展，轻型门式刚架结构在我国的应用已经十分普遍，尤其在轻型厂房、仓库以及大型体育馆、展览馆等等。

1.轻型门式刚架概述

随着我国经济的飞速发展以及现代化进程的不断推进，轻钢建筑工程应运而生并在轻型的厂房、仓库、展览厅、体育馆及加层建筑、活动房屋等工程中得到了广泛应用，轻型门式刚架房屋结构凭借其质轻价廉，安装维修方便等特点迅速在建筑市场中占据了重要地位。轻型门式刚架结构多是由等截面或变截面的轻型焊接H形钢、冷弯薄壁型钢或等截面的热轧H形钢等构成的，而墙梁多采用槽形或Z形冷弯薄壁型钢，以压型钢板、铝板等压型金属板做墙面及屋面等维护结构，并采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料。总的来讲，主要有以下几方面的特点：1）质轻价廉

轻型门式刚架结构所采用的材料均为轻质型材料：屋面及墙面等维护结构采用压型金属板，保温材料采用玻璃棉，钢结构则较多采用

了轻型薄壁钢等材料。另一方面轻型门式刚架结构钢用量较少，一般为0-30kg/m2，与钢筋混凝土结构相比仅为其相同荷载和跨度情况下钢结构用量的5%左右。鉴于轻型门式刚架结构结构总体质量较轻，相应的基础也可以做得较小，地基处理费用也较低。

2）施工周期短，综合经济效益高

门式刚架结构中的构件一般是工厂直接制作，其质量能够有所保证。构件之间的相互连接多为螺栓连接，安装方便，施工迅速。而且在门式刚架结构的设计中，大多采用计算机辅助设计，自动化程度高。整体来说综合经济效益非常高。

3）柱网布置比较灵活

传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面梁板尺寸的限制，其柱网布置受到约束，而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。

2.轻型门式刚结构设计分析

2.1钢梁设计

钢梁的设计，必须把握节点的设计。一般而言，钢粱的高度受到钢结构应力图和钢材料梁挠度的影响，所以设计中，保证应力系数≤l，在梁挠度设计中，当无吊顶与悬挂物时，挠度控制在L/180之内，当有吊顶时，挠度控制在L/240之内，特殊情况如有悬挂起重机时，挠度控制在L/400之内。门式刚架结构的构件，一般情况下抗弯

刚度以及抗扭刚度不高，其整体刚性比较弱，所以在实际的设计中，必须充分考虑运输以及安装过程中的相关保护措施。

2.2荷载及荷载组合

1）永久荷载

所谓永久荷载，必须考虑结构构件的自身重量，不仅如此，还要考虑悬挂在构件上的荷载，包括屋面荷载、吊顶荷载以及墙面构件等的荷载。

2）可变荷载

可变荷载包括地震荷载、风荷载以及积雪荷载等，但当设计屋面以及檩条时应考虑施工以及检修过程中的荷载。

三、门式刚架的主要结构选型

刚架的间距主要的影响因素有刚架的跨度、屋面荷载和檩条形式等。当刚架跨度较小的时候，可以选取较大的刚架间距，但同时也提高了檩条的用钢量，这种做法并不经济。按照相关统计分析可得，当柱距增加时，刚架的用钢量随之减少，但是当柱距增大到一定量时，刚架的用钢量随柱距的提高而减少变慢，但相应檩条、吊车梁、墙梁的用钢量则随柱距的增加而提高。因此，随着柱距的增大，建筑物总用钢量会先减少，再增加。所以设计门式刚架结构时，一定通过反复试算，选取一个最优柱距。

门式刚架承重结构主要包括刚架和基础两个部分。基础型式多采用钢筋混凝土独立式基础。按照建筑物对侧向位移和变形的实际需求，从节约用钢量的角度考虑，门式刚架主要有变截面梁柱、基础

铰接和等截面柱变截面梁、基础刚接两个结构方案。设计时应该按照实际情况，根据最合理的刚架承重结构方案选取。

3.1 截面设计的必要性

在实际工程设计中，为节省钢材，刚架截面往往采用变截面形式，截面尺寸需经过多次试算才能确定，但由于设计时间仓促，加上目前变截面的设计方法比较繁琐，部分设计人员对这种结构的经验还不丰富，导致杆件截面尺寸的选择不合理，可能会出现个别杆件应力过大，超过材料的设计强度，使整体结构存在某些安全隐患。所以不管是从安全角度，还是经济指标来考虑，杆件截面的优化设计在工程设计中尤为重要。在进行门式刚架结构设计时，应在确保结构安全，满足使用要求的前提下，使结构用钢量最省、造价最低。因此，设计人员应合理优化杆件的截面，使其在满足强度、刚度、稳定性等要求的前提下，且用钢量最小。

3.2设计的方法

按我国目前规范规程，门式刚架的设计方法主要有两种：一种是弹性设计法，另一种是塑性设计法。优化设计一般采用的是渐近满应力法，即通过多次计算分析，不断修改截面尺寸，使其达到或尽量接近满应力状态。

3.3设计的注意事项

在进行截面优化时，必须综合考虑以下几点：1）构件强度、稳定验算。截面尺寸的优化必须满足强度、稳定性的要求，从而满足结构设计的安全性要求。2）刚度要求。截面尺寸在优化时，结构的整

体刚度必须满足有关规范规定的变形控制要求，如横梁的最大挠度、柱顶的最大水平位移、吊车轨顶处柱的最大水平位移必须满足有关规范规定的变形限值。3）构造要求。优化截面尺寸必须满足有关规范的构造要求及使用要求。如柱翼缘的宽厚比、腹板的高厚比等截面尺寸都必须满足有关规范、规程的规定。4）制作、安装控制条件。优化构件截面尺寸必须满足常规的制作、安装要求。

4、轻型门式刚架节点设计

门式刚架设计中，连接节点的设计是整个设计过程中极其重要的环节，节点设计是否合理，对保证结构的整体性、可靠度以及建设周期和成本都有直接影响。在进行结构设计时，在结构分析过程中就应该想好用哪种节点形式，根据结构构件的选用，传力特性不同判断是选用刚节点、铰节点还是半刚节点，连接方式的不同对结构影响很大。大量研究和实践证明，在轻型钢结构的抗弯连接中，端板连接最为经济，它比通常的腹板、翼缘连接节省材料和紧固件，而且避免现场焊接，所以目前它已成为抗弯连接的主要形式。

结束语

综上所述，在进行轻型门式刚架结构设计的时候，有很多要点是需要掌握的，只有将这些要点进行合理的配置，才能够真正的体现轻型门式刚架结构的优点所在，同时对节约钢材用量也有一定的作用。作为设计人员，应该在实际的工作中，参考着这些要点，从而保证设计的合理性，确保施工项目真正的价值所在。

参考文献：