浅析门式刚架结构的设计

陈晨

摘要：门式刚架轻型房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。与钢筋混凝土结构相比具有质量轻；工业化程度高；综合经济效益高等优点。近二十年其应用得到了迅速的发展。广泛应用于轻型的厂房、仓库、建材等交易市场、大型超市、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。本文以某轻型钢结构厂房实例，简述某钢结构厂房结构设计流程，为同类厂房设计提供参考借鉴。

关键词：钢结构设计；轻钢结构；厂房设计

Abstract: the door frame of light building structure of application in China about began in the early 1980 s. Compared with reinforced concrete structure with light quality; High degree industrialization; The overall economic efficiency higher advantages. Nearly 20 years the application obtained a rapid development. Widely used in the light of the workshops, warehouses, building materials market, large supermarket, gymnasium, exhibition hall and a mobile home, add layer construction, etc. Taking a light steel structure plant examples, this paper describes a steel structure plant structure design process, as to provide a reference for the similar plant design.

Keywords: steel structure design; Light steel structure; Plant design

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

本工程为济南西车辆段轮轴车间改造工程检修库，分东西两跨，轴线尺寸为东跨187.2m×18m、西跨187.2m×21m。在库内南端7.2m跨内设局部二层，西跨南部设局部三层，。采用钢筋混凝土独立基础，，压型夹芯彩钢板保温屋面，墙体下部设1.2m高砖墙、上部为压型夹芯彩钢板，东西两跨间均设3台5t电动双梁起重机。厂房主体钢结构设计合理使用年限为 50 年；抗震设防烈度为6度；地震分组为第三组；建筑抗震设防类别为标准设防类；结构安全等级为二级；地基基础设计等级为丙级；采用 Q235B 钢材。

2 结构布置

2.1伸缩缝布置:《门式刚架轻型房屋结构技术规程》4.3.1 门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝间距），应符合下列规定：纵向温度区段不大于300m；横向温度区段不大于150m。 本工程横向长度187.2m，所以在温度区段中部并配合建筑布置设置温度伸缩缝。

2.2 屋面墙面结构布置

根据屋面压型钢板的规格,檩条沿跨度方向每隔 1.5m 布置一道。檩条跨度为6m,采用冷弯薄壁卷边槽钢（C型钢）檩条。根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》中的规定，应在檩条中点处设置一道拉条，拉条采用Φ10 圆钢。根据墙板的板型和规格，墙梁的布置沿高度方向间距每隔 1.5m并根据门窗洞口位置设置。本厂房跨度6m,应在跨中中点处设置一道拉条，拉条为Φ10 圆钢。门窗洞口设置门柱窗柱，由于窗户荷载较大，故窗户上下采用双C型檩条，防止窗户自重过大导致墙梁变形。

2.3支撑和刚性系杆的布置

根据《门式刚架轻型房屋结构技术规程》规定，应在厂房两端第一柱间设置柱间支撑，并应在中间一个柱间设置柱间支撑。柱间支撑分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置。两端设上柱支撑，中间设上下柱支撑。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。本工程支撑采用交叉支撑，交叉支撑有柔性支撑和刚性支撑两种，一般情况下采用柔性支撑，有吊车的情况下采用刚性支撑。本工程有吊车，所有采用型钢支撑。

2.4 牛腿及吊车梁设置

吊车梁根据设计采用的起重机型式和起吊吨位确定，按图集《钢吊车梁》03SG520-1选用。牛腿标高的确定分两步：首先，根据厂家提供的起重机样本确定轨道的轨顶标高；然后，用轨顶标高减去轨道和吊车梁高度，得到牛腿的设计标高。

3 刚架设计

3.1 荷载及荷载组合．

（1）荷载分永久荷载和可变荷载等。永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。可变荷载包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为１）屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。（2）荷载效应的组合一般应遵从《荷载规范》的规定。针对门式刚架的特点，《规程》给出下列组合原则：1）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；2）积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑；4）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑；

5）多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》的规定。 3.2空间建模设计

本工程有局部夹层，夹层钢柱和横向钢梁均为刚接，夹层横向钢梁与厂房钢柱也为刚接。建模计算过程中，先进行厂房横向排架计算，将夹层横向梁柱和主厂房排架梁柱一起计算；然后再建立一个夹层的框架模型进行单独计算，参考两个模型的计算结果进行夹层的梁柱设计。这种方法相当于把一个门式钢架体系和框架体系连接到了一起，框架体系的整体刚度要大于门式钢架体系的整体刚度，如果框架结构布置不均匀，厂房在地震作用下容易发生较大的扭转。本工程夹层沿厂房横向通长布置，防止了较大的扭转。

4 节点设计

连接节点的设计是轻型钢结构厂房设计重要步骤，在结构分析前，应该对钢结构节点的形式预先确定，应避免最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。在设计时根据传力特性不同，节点分刚接、铰接以及半刚接。连接的不同对结构影响较大。例如刚接节点虽然承受弯矩但不会产生较大转动，不符合结构分析中的假定，会造成计算数据的变形小于实际工程变形，因此合理地选取节点连接方式是一个关键问题。节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。

5 防腐和防火设计

5.1 防腐设计

钢结构的防腐包括两个步骤：（1）钢材表面的处理。钢材表面污物会严重影响涂料在钢材表面的附着力，并使漆膜下的锈蚀继续扩展，导致涂层失效或破坏，因此，钢材表面处理质量的好坏对涂层的防护效果及寿命的影响，甚至比涂料本身品种性能差异的影响更大，据统计，钢材的表面处理占防腐涂装各因素对涂层质量影响的一半左右。（2）在钢结构表面刷防腐涂料。防腐涂料是一种含油或不含油的胶体溶液，将它涂敷在钢材表面。可结成一层薄膜來保护钢结构，防腐涂料一般有底漆的功能是使漆膜与基层、面漆结合牢固，面漆的主要功能是保护下层底漆。常见防腐涂料底漆有富锌底漆和环氧铁红底漆。常见面漆有环氧漆、氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯漆等。

5.2防火设计

钢结构耐火性能差，根据《建筑设计防火规范》，建筑构件在耐火等级为二级时的耐火极限，柱为2.5h，梁为1.5h，楼板为1.0h，檩条0.5h。因此，必须对钢结构构件表面采取防火措施，宜采用防火涂料防火。防火涂料可分为超薄型、薄型、厚型三种，板、梁一般超薄型及薄型防火涂料，柱采用厚型防火涂料。

6结语

本文以某厂房设计实例，对门式刚架结构设计流程进行了简单的介绍，为同类厂房设计提供参考借鉴。但是，应该看到，不同工程有其不同特点，实际应用中必须结合具体工程的实际情况进行建模及分析，才能保证分析结果的可靠性。

参考文献

门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002）,中国计划出版社，2003

建筑设计防火规范（GB50016-2006）,中国计划出版社，2006

徐岩峰，吴春华 门式刚架轻型房屋钢结构设计的探索，林业科技情报2009 vol.41 no.2