门式刚架轻钢结构设计形式及特点分析

孙 毅

（唐山钢铁集团有限责任公司，河北 唐山 063000）

门式刚架轻钢结构是一种建设周期短、质量可靠性高的现代建筑施工技术，其在拥有诸多优点的同时，也存在抗侧力较差等一些缺陷和问题，这就在一定程度上限制了它的应用范围，而且成为导致工程事故多发的主要原因，这是我们应该注意的一个重要问题。门式刚架轻钢结构设计工作至关重要，它直接关系着钢结构的建材用量和工程质量以及安全系数等。近年来，随着经济社会的不断发展，门式刚架轻钢结构建筑越来越多，很多工业厂房、大型仓库、体育场馆等建筑都采用门式刚架轻钢结构建造工艺。门式刚架轻钢结构具有诸多优点，例如：工程设计相对简单、施工材料用量较少、施工建设速度较快、建筑造型外观简洁等，而且钢结构具有较高的强度，抗震性能好，与普通建筑相比，其自身重量较轻，因此在工程建设领域得到广泛应用。

1 门式刚架轻钢结构的主要设计形式分析

在我国工业厂房建设领域，近年来，门式刚架轻钢结构得到了快速推广应用，成为一种重要的新型建筑形态。门式刚架轻钢结构适用于单层工业厂房和仓储房屋的建设，其结构形式多种多样，设计建造过程简单快捷，具有完善的建造标准体系，钢结构部件便于加工制作和运输，而且安装使用方便快速，其结构形式设计主要根据房屋建设规模进行确定，有单跨刚架结构、双跨刚架结构以及多跨刚架结构等几种不同形式。

2 门式刚架轻钢结构的主要优点分析

2.1 具有自重轻的优点

与混凝土结构相比，轻钢结构的自身重量要小得多，甚至比混凝土结构重量的一半还要小。轻钢框架结构建造的房屋自身所占的空间更小，顶部和四周的墙壁较薄，大大减轻了建筑的整体重量，鉴于其结构设计的特点，可以实现更加个性化的设计建造要求，更好地满足房屋建筑的实际需要。而且在设计建造的过程中，可以很好地满足房屋建设的跨度要求，所使用钢材的截面尺寸根据设计要求进行确定，由于整体结构的自身重量较轻，建筑结构的占用空间较小，因此其实际使用面积更大。

2.2 轻钢结构具有良好的稳定性

钢材本身具有极好的力学性能，抗压性和抗拉性都很好，具有较大的承载力，刚度和结构强度都非常高，因此具有良好的使用性能，再加上其整体性较强，就使得其抗震性能更加突出。轻钢框架结构良好的稳定性是由多方面因素形成的，在工程设计建造过程中，以钢柱和钢梁组成基本框架结构，由于钢材具有极高的强度，不仅抗压性能突出，而且抗拉性能也是其他材料不可比拟的，并且钢材还具有一定的塑性变形能力，这就使整个框架结构的抗震性能大大增加，结构自身的稳定性得到更好地保障。在地震发生时，可充分吸收消化震动产生的能量，使房屋不仅具有良好的抗拉伸能力，而且还能够承受一定的扭曲和形变，大大减轻地震造成的危险和损失。

2.3 轻钢结构的施工速度较快

门式刚架轻钢结构是由不同的部件组合而成的，其构建加工简单快捷，施工建设方便快速，而且对地基的地质条件和施工要求不高，极大地加快了施工速度，整个建筑物的建造周期大大缩短。一般情况下，由于轻钢结构具有一定的设计施工标准，因此工程设计过程和施工建设过程更加标准化和规范化，工程建设人员按照定型的设计方案进行施工即可，更好地避免了偷工减料等违法违规建设行为，使建筑工程质量能够得到更好地保障。其构件加工制作比较简单，取材方便，因此能够实现工业化生产。其安装施工也比较简单，而且不会像混凝土结构施工那样，不会受到天气和季节的影响，在全年任何时间都可以施工建设，比钢筋混凝土结构的施工时间要短得多。

3 关于门式刚架轻钢结构的设计工作探讨

3.1 合理设计结构跨度

跨度的确定是门式刚架轻钢结构设计中极为重要的一个环节。一般而言，跨度主要受两方面的影响：不同的生产工艺流程和使用功能。门式刚架结构一般根据其使用功能，确定较为经济的跨度。

就笔者的实际经验来看，当柱高、荷载一定时，可以适当加大门式刚架轻钢结构的跨度，这样的改进不会明显增加刚架的用钢量，但在空间的节约方面起着至关重要的作用。设计者应根据实际情况选择方案，不宜盲目追求大跨度。

3.2 合理设计刚架柱距

刚架最优柱距也是影响门式刚架轻钢结构性能的一个关键因素。刚架跨数、屋面荷载、檩条形式等因素都会影响到刚架的间距。柱距增大，刚架承受的荷载面积增大，檩条和支撑跨度增大，拉条布置增多，总用钢量呈非线性变化。

3.3 科学进行抗震设计

在进行工程设计的过程中，要注意做好建筑结构的抗震设计工作，首先要选择有利的建筑场地，以坚硬的中硬土质场地为宜，这样的场地能够减少地震对建筑的破坏力，如果无法决定场地选择时，则必须在其他方面采取一些补救措施。轻钢结构的总体结构布置至关重要，因此要对结构布局进行合理设计为了进一步提高抗震性能，在设计时要力求建筑形状更加规则，使其符合力学原理，要尽量保证结构的对称性，这样能够有效增加建筑物的整体性和抗震性。轻钢结构通常具有更好的坚韧性，在进行工程设计的过程中，要通过科学的设计充分发挥其自身的强度、刚度、韧度等优点，使其具有良好的形变承受能力，以及对地震能量的吸收化解能力。

4 结语

随着经济社会和科学技术的发展，各种房屋建筑形态与技术的创新发展，满足了经济社会发展对房屋建造的需求。其中，门式刚架轻钢结构近年来得到广泛应用，它属于一种轻型的钢结构建筑形态，其结构体系设计建造比较简单，主要是通过门式刚架作为建筑本身的承重结构，再在其顶部配套一种轻型的钢材屋盖作为屋顶，在其四周进行墙体围护，其中还包括必要的支撑系统，共同组成一个完整的钢结构建筑体系。在工程设计过程中，要按照轻钢结构的自身特点和设计原则进行科学设计，对结构跨度和刚架柱距进行合理设计，另外还要进行科学的抗震设计，确保门式刚架轻钢结构的稳定性和可靠性。