门式刚架轻型钢结构房屋设计分析

刘麟

摘 要：近年来，一种新型的刚架式房屋开始不断的涌现，满足了企业对储存空间的需求之外，也减少了建造的成本。本文从门式刚架轻型房屋的特点出发，阐述了钢结构设计是如何在实际中得到广泛应用的。

关键词：门式钢架，轻型钢结构；房屋设计；分析

中图分类号： TU2 文献标识码： A

引言：刚架轻型房屋在建筑领域中的出现，改变了原有的混凝土建筑房屋的模式，让人们眼前一亮。低廉的造价、美观的造型使刚架轻型房屋能够轻松的打入建筑市场之中。但是，能否做好房屋的抗震、抗风、防水以及防腐蚀的工作，对延长房屋的使用年限至关重要。

一、轻型钢结构

轻型钢结构是指以冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、薄钢板、薄壁钢管、轻型热轧型钢及以上各种构件拼接、焊接而成的组合构件等为主要受力构件并且大量采用轻质围护结构的建筑。实腹式轻型门式刚架多属轻钢结构范畴，因其具有刚度大、重量轻、安装方便、施工周期短等特点而得到了广泛应用，特别适合于设有较小起重量的多层工业厂房、超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头等建筑。实际工程设计中，在针对具体工程项目要求进行刚架设计过程中，往往受工作量、时间的限制，在满足规范规定的前提下，只做少量试算，一般难以得出最优的方案。.

二、 门式刚架轻型房屋的特点

目前，用于轻型房屋建筑的门式钢架主要分为两种，一种是单跨刚架，另一种是多跨刚架其中多跨刚架在应用中比较广泛，刚架的选择要根据实际情况进行确定，当施工对受力以及排水的工作有严格的要求时，就需要选择高度一致的多跨刚架；当房屋彼此间的距离相差过大时，也可以考虑使用高度不一致的多跨刚架。

1.1 轻型屋盖

屋盖的选材遵循重量的原则，对于这类屋盖的施工一般不能采用悬挂式的吊车，但是随着施工技术的不断进步以及施工要求的不断提升，在某些情况下选择悬挂式吊车也是较为合理的。建筑施工对此类吊车的重量有着严格的限制，通常情况下，吊车的自重不能超过3t。除非特殊情况的要求或者有一定的可靠性防护措施，吊车的吨位才能超过这个标准，但是最大限度也需要在5t以下。

1.2 轻型外墙

轻型外墙采用的结构材料主要是轻型板材，轻型外墙的搭建技术与房屋的防震水平有很大的关系，当地震灾害下防裂的程度在6度以下，对外墙的进行架构时就可以采用砌体的方式。

1.3 房屋的高度

与楼房相比，轻型房屋的架构高度比较矮，原因是轻型结构的房屋在自重上较之于混凝土结构的楼房来说，抓地力上有着明显的劣势，无论是应对地震还是狂风，都很难做到安全的防护。所以，轻型房屋最终成型的高度尽量保持在4～9m 即可，除非钢制结构有所改变，高度可以有所提升，无论钢制结构达到何种标准，只要房屋还被定位于轻型房屋的标准之内，对于其构建的高度也只能保证在 18m 以下。

三、 结构设计的标准

3.1 结构的质量

根据国家标准，轻型房屋的自重要达到一定的标准后才能进行最后的验收，结构的自重主要包括房屋面板的重量、墙体结构的重量、墙梁以及用于支撑的刚架的重量等。最后，应用于房屋建设的结构性构件以及非结构性构件也被纳入到了房屋的自重测量之中。

3.2 结构的荷载

无论是进行施工还是对房屋进行检修，都需要对房屋建筑施工所涉及到负重物进行测重，施工负载过大会造成的房屋垮塌。遇到暴雪天气时，需要对房屋的积雪进行清理，每年冬季因积雪过大造成的房屋垮塌不在少数，当轻型房屋应用到产品的储存或者居民的居住时，就需要配备一定量的悬挂物品例如空调、电气、供水等，这时就要对悬挂物品的重量进行控制，当房屋的结构中含有吊顶时，应防止吊顶的过载。最后，风力、地震等自然环境形成的负载，施工单位应该按照国家规定的标准进行查检。

四、 钢结构设计要点

4.1 构件设计

根据门式刚架轻型房屋的应用经验来看，大部分的构件选择还应该以轻型的结构性构件为主，钢结构的选择要以施工的具体情况为准，考虑的因素主要有房屋的大小以及结构的负载等，按照实际测量的参数，对刚架的宽度、长度、间距以及钢材的用量进行设计，一方面是为了保证建筑结构的合理性，另一方面减少施工单位的生产成本

4.1.1 檩条的设计

檩条的设计是钢结构设计的重要环节。一般情况下，需要对檩条的跨度进行严格的限定，如果檩条的跨度在 6m 以下，将拉条的数量设置成一道即可；如果跨度超过了 6m，拉条的数量就应在原来的基础上再增加一道。当檩条的跨度在 6m 左右，其钢用量大致就在每平方米 5kg左右；当檩条的跨度在 7.5m 时，每平方米的钢用量大致是 5.5kg左右；当跨度达到 9m 时，每平方米的钢用量就达到了 7.5kg。企业在檩条设计时，要综合檩条的跨度、间距以及钢用量等多种指标，以减少钢材的使用。

4.1.2 墙梁的设计

与檩条的设计标准有些类似，简支构件是墙梁设计的主要标准，拉条的构造条数与檩条的标准一致。通过墙板与墙梁的连接，使房屋的侧向作用力保持在一个固定值，能够防止墙梁的位移。想要对位移问题进行预防，拉条的选择就显得尤为重要，使拉条的设置在腹板整体高度的 1/3 以内，就能够在很大程度上解决上述问题。当然，这种设计只是局限在墙梁的内翼。如果墙板难以防止外翼的扭转，就需要在外翼的 1/3 处设置拉条，撑杆的间隔性安置，有助于减少外翼的侧向作用力。

4.1.3 刚架的设计

钢架设计有两种结构的选择，第一种是变截面刚架的选择，这主要针对施工过程中没有使用了桥式吊车的情况；如果施工时使用了桥式吊车时，就要将梁设置成变截面的结构，并且保证柱的结构是等截面。

4.2 节点设计

节点的设计不仅要遵循结构的可靠性原则，还要保证成本的经济性原则。通常情况下，节点在钢材中的比重大约在 5%～ 15% ，假使对于结构质量要求较高的房屋来说，钢材的强度还会有所提升，这无形中会加大企业的投资。

4.2.1 柱脚

平板铰接柱脚是房屋柱脚的主要选择，当然，房屋的设计是以大型厂房为标准的，并且在施工时需要使用 5t以上的桥式吊车时，就需要保证柱脚的稳固程度，这种情况可以选择使用刚接式柱脚。在进行灌浆操作时，需要留有一定的空间，铰接柱脚的预留空间要在 5cm 以下，刚接柱脚的预留空间不能超过 10cm。

4.2.2 梁、柱连接

梁、柱的连接问题在门式刚架轻型房屋的连接中尤为重要，特别是连接的强度要符合施工标准，高强度的螺栓是施工中必备的连接材料，再加上螺栓连接的方式在施工中应用的时间较长，施工单位也形成了一定的经验，对质量的控制也比较娴熟。

四、结语

结构的最优化是一个非常复杂的问题，是涉及多参数及多因素的一个系统工程，不仅要考虑上部结构的经济问题，也应计算基础的费用，通过方案比较，得到总体优化的方案，当然，考虑的因素越多，分析也越复杂，这些都需要工程技术人员和科研人员不断总结，门式刚架轻型房屋的应用已经非常广泛，笔者通过对钢结构设计的可靠性以及经济性环节进行介绍，希望能够向施工单位提供一些有益的建议。做好门式刚架轻型房屋的技术研究，对建筑技术的进步具有重要的意义。

参考文献

[1] 马人乐，柳胜华，姚金满 .门式刚架轻型钢结构工业厂房柱脚抗剪试验研究与理论分析 [J].建筑结构学报，2004（02）.

[2] 童骏，陈以一，伍益莹 .柱脚弹性约束对门式刚架侧移和内力的影响 [J].结构工程师，2003（02）.

3] 马琳琳． 门式刚架轻钢房屋优化设计探讨［J］． 山西建筑，2004，30(19):41-42．