门式轻型钢结构房屋设计讲解与分析

隋新春 赵雪

摘 要：现今，门式轻型钢架房屋广泛应用于房屋的建设中，因其所具有的造价低、施工速度快，施工难度低等优点，深受用户喜爱。而在设计它时，要按照国家的相关规范要求，把握设计要点，将设计做好，文章就门式轻型刚架结构房屋的特点和其结构和平面布局等进行介绍。

关键词：门式轻型钢；设计；分析

前言

近些年来，门式轻型钢结构房屋在建筑中得到了广泛的应用，适用于超市、娱乐体育设施、车站候车室等大跨度公共建筑等，其通常由基础、钢架、支撑系统、屋面、压型钢板屋面和型钢檩条等组成，下文将就钢结构的特点和设计时的注意事项等方面进行阐述。

1 轻型门式刚架的特点

轻型钢结构房屋相比于传统的钢筋混凝土结构房屋具有质量轻、柱网布置比较灵活、造价低、施工速度快、施工难度较低等特点。

经过多年的发展，轻型门式钢结构发展成为了一个完备的体系，从H型钢梁，屋顶上的彩钢板，墙面上的保温层等一系列的配件，房屋设计时根据设计要求选用符合要求的配件，而后进行相应的组装，在既保证结构稳定的情况下又可以保证缩短工期。钢结构建筑由于采用了全钢结构，在同等强度的条件下要比钢筋水泥结构占用空间少，比一般钢筋水泥结构的建筑内部空间更为合理，外观简洁，可以更好的达到使用要求。由于房顶和围护结构采用了彩钢板、玻璃棉等材料，因此钢结构的钢架可以很轻，在加上设计时对门式钢架结构进行了优化设计，从而使钢结构的自重很轻，根据统计数据门式钢架建筑结构用钢量通常为10～30kg/m2仅为相同条件下混凝土结构建筑用钢量的1/20～1/30，更为经济合理。

门式刚架结构的主要构件和配件都由工厂制作，从而保证了构件的质量和精度，无需二次加工，工地安装方便。除了基础施工外，没有湿作业，需要的施工人员也不多，而且在安装时，构件之间的连接多采用高强度螺栓进行连接，需要焊接的地方很少，这样就大大提高了安装速度，使建筑可以很快的建设起来，但必须注意设计为刚性连接的节点，应具有足够的转动刚度。由于门式刚架结构的重量较轻，因此对于地基的要求可以较钢筋水泥结构的建筑少很多，基础可以做得比较小，通常情况下，地震时产生的纵波对于刚架的结构影响很小，因此可以不计算地震的影响，但是风荷载对其结构的影响较大，设计时要着重考虑。

2 门式刚架结构建筑的结构形式和要求规定

在建筑时，屋盖采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主体钢架可采用变截面实腹刚架，外墙采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。用于檩条和墙梁的冷弯薄壁型钢，其壁厚不宜小于1.5mm，用于焊接主钢架构件腹板的钢板，其厚度不宜小于4mm，当有根据时可不小于3mm，构件中受压板件的最大宽厚比，不得大于现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定的宽厚比限值，受压板件的局部稳定临界应力低于钢材屈服点时，应按实际应力验算板件的稳定性，或采用有效宽度计算构件的有效截面，并验算构件的强度和稳定。

3 刚架结构的平面布置

3.1 门式刚架结构的跨度取横向刚架柱间的距离，一般为9-36m，推荐以3m为一个长度段，也可按照实际要求选取。当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。其高度（地坪柱轴线与斜梁轴线交点的高度）推荐取4.5～9m，也可按照要求适量放大。门式刚架的高度要按照设计要求来确定，如房屋内需要安装行车，需要考虑行车需要的高度。应根据使用要求的室内净高确定，有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空的要求确定。门式刚架的合理间距通常采用6m，7.5m或9m等的距离。挑檐长度需要根据实际情况从0.5～1.2m之间选取。

3.2 门式刚架轻型房屋由于结构简单，使用的构件和围护结构受温度影响较小，其温度分区可以采用纵向温度区段<300m；横向温度区段<150m；比传统的温度区段要大，而有其他的计算依据时，这个温度区段可以适当放大。

3.3 门式刚架的支撑布置

支撑体系在门式刚架轻结构具有十分重要的作用在支撑时要注意以下要求。

支持布置的要求：

（1）圆钢支撑不能应用于有吊车的厂房，应根据所进行的受力分析，经计算来确定直径，其净截面不得小于10mm。圆钢支撑与构件腹板的连接处，t≤5mm时应腹板补强。

（2）当厂房内有5t及5t以上吊车时，立柱之间的支撑需采用型钢来进行支撑。

（3）当厂房内有15t以上吊车时，应对厂房增加屋盖纵向支撑和对吊车梁的侧向增加刚度。

（4）当厂房内无吊车时，立柱间支撑的间距不大于30～45米，应与屋盖横向支撑位于同一开间。

（5）当厂房内设计有吊车时，下柱支撑设在温度区间中部或三分点处。

（6）保证房屋纵向刚度的措施。

4 墙架布置

门式刚架轻型房屋钢结构的墙架布置应对门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护的材料提出一定的规范。门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，当采用压型钢板围护面时，墙梁宜布置在刚架的外侧，门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震要求不高于6度时，能采用轻型钢墙板或砌体，当抗震要求为7-8度时，可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体，当抗震能力要求9度时，适合采用轻型钢墙板或柱柔性连接的轻质墙板。

5 门式刚架节点和梁柱连接设计

门式刚架梁与柱的连接，一般使用高强度螺栓端板来连接。连接一般使用端板平放、竖放、斜放三种方式。连接用的高强度螺栓应对称布置且螺栓数目为偶数，端板竖放适用于局部等截面柱，设计时将端板横放用来减少节点的设计剪力，用以抵消竖向载荷所起的作用。当节点弯矩很大时一般可采将端板斜放的方式，用来加长抗弯连接的力臂，方便布置螺栓。端板拼接连接一般采用外伸式和平齐式，外伸式节点受力合理，比平齐式承载力高，因此一般多采用外伸式端板连接，同时应在结点板外伸部分设置加劲肋，提高节点的抗剪能力，有效减少节点板的变形。端板连接要按照所受的最大内应力设计，吊车梁和制动梁的连接可采用高强度摩擦型螺栓连接或焊接。螺栓中心至翼缘板表面的距离，应满足不小于35mm，螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径。

6 屋面板和墙板设计

屋面板和墙板材料可以选用建筑外用彩色镀锌或镀铝锌压型钢材，夹心压型复合板和玻璃纤维增强水泥外墙板等轻质材料，一般用与屋面或墙面的压型钢板，其厚度应至少大于0.4mm，当在屋面板上开设直径大于300mm的圆洞或边长大于300mm的方洞时，应根据计算采用次结构加强，同时不能在房屋屋脊上开洞，墙板应接触地面，好将墙壁的自重由地面来承受，减少刚架所承受的力，板与板之间的连接要适当。

7 结束语

由上文可知，门式轻型钢结构由于其本身结构简单，质量轻，施工周期短等优点广泛应用于工厂、超市等建筑，在设计时要注意对结构风荷载的计算，对钢结构进行相应的力学分析，结合实际，设计出符合设计要求且经济实惠可靠的房屋。

参考文献

[1]中国工程建设标准化协会标准.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].2002.