论轻型门式钢架结构设计

戚保同

摘要：门式钢架结构是一种新型的轻型结构形式，门式钢架结构的建筑在我国建筑行业运用的十分广泛，其造价低、结构独特、性能好、工程周期短等特点在建筑行业备受亲睐，但其存在的问题依然存在，需要进行不断的研究和完善。门式钢架结构的建筑物根据跨度可以分为双跨、单跨和多跨的单双坡门式钢架。还可以根据业主需求建成毗屋或者带挑檐的结构形式。尽量合理科学的设计使得门式钢架结构的特点完美的体现出来。

关键词：轻型门式;钢架结构设计;抗剪建

引言

轻型门式钢架结构是一种传统结构体系，此类结构的上部主构架包括了钢架柱、支撑、檩条、钢架斜梁、山墙骨架、系杆等。门式钢架结构在我国已经应用了近半个世纪之久，建筑工作者也已经累积了丰富的实践和理论经验。随着工业产业在我国不断发展，轻型门式钢架结构的应用领域不断扩展，应用水平也不断深入。轻型门式钢架结构在超市、单层工业厂房、库房、展览馆以及各种不同类型的仓储式建筑中都有着广泛的应用。

一、门式钢架结构的特点

门式钢架结构不仅仅具有普通钢架结构的钢材强度高、高强度的韧性、极强的可塑性、整体重量轻、运用周期短等特点，还具有其本身特有的特点：造型美观、方便制造、用料省、快速安装、空间充分利用、对环境污染小等。

二、钢结构设计的简单思路和步骤

1.钢结构的适用性分析

门式钢架结构经常用于大跨度、高层、荷载或吊车起重量大、体型复杂、有较大振动、经常装拆或要求能活动的结构中，如体育馆、大厦、大桥、歌剧院、雕塑、电视塔、住宅、工厂、仓棚、临时建筑和山地建筑等。这些建筑物的特点都和钢结构自身相符，有利于开展施工和稳固。这是和钢结构自身的特点相一致的。

2.钢结构的选型与结构布置

钢结构的布置及选型是对结构的定性，由于钢结构涉及非常广泛，通常都应在经验丰富的工程师指导下进行。整个钢结构设计强调的是“概念设计”，这种概念的布置和选型中非常重要。对一些规范没有规定的或者是难以作出理性精确分析的问题时，可以根据分体系和整体结构之间的破坏机理、力学关系、试验现象、震害和工程经验，从全局的角度控制细部构造及结构布置。在早期，迅速有效地进行构思、选择和比较，所得到的结构方案通常是定性正确、力学行为清晰、易于手算的，并且可以避免结构在分析阶段不必要的繁琐运算。

三、门式钢架结构的设计

门式钢架结构从结构类型上可以分为单跨和双（多）跨钢架结构，其截面可以分为变截面和等截面，柱脚可以分为刚接和铰接;而按照主截面、钢架梁可以分为实腹钢架和格构式钢架。实腹钢架的刚性强，但用料较多，不利于节省成本;格构式钢架多用于跨度较大的复合型钢架，其用料较少，但制作较复杂。

1、柱脚的链接方式选择

柱脚的链接方式是根据综合条件实地确定是采用铰接还是钢接的。工业厂房有5T以上桥式吊车时，比较适宜采用钢接方式。当然，是采用铰接还是钢接方式并不只是与吊车有关，建筑所处的位置也影响这其选择，建筑物如较高，采用柱脚铰接的话，导致柱顶移动的距离加大，必然的就需要加大柱截面，这样一来反而增加了钢材的用量，同时得考虑地基等其他因素。而采用刚接的话，需要采用更大的柱脚来应对由于柱脚承受更大的偏心弯力带来的压力。选用哪种链接方式都要考虑建筑物的高度、吊车吨位和地基等情况，根据全部的实际情况来确定采用哪种方式。

2、门式刚架结构的方案选择

与钢架间距相联系的有房屋的负荷载、跨度和檀条形式。如钢架跨度较小却采用的钢架间距较大，这样肯定会增加檀挑的用钢量，这就造成了成本上的耗费。经研究表明：柱脚的柱距越来越加大的话，钢架用钢量会渐渐缩小，而当柱距达到一定数值时，钢架的用钢量会下降幅度减弱，其他设施的用钢量会增加，譬如檀条。也就是说，随着柱距的增大，用钢量是先下降再上升，有一个最佳的柱距会产生最少的用钢量。在设计时，可以根据实际需要的各种情况，制定最佳的方案。

3、支撑系统机构方案

水平支撑分为压杆支撑和拉杆支撑，压杆支撑主要负责平衡垂直位移和方向力，而拉力支撑主要负责平衡比较小的水平向力。中部是水平支撑的最佳位置，必须将柱间和屋梁的水平支撑设置在同一开间。水平支撑系统截面大小与纵向水平力大小影响着水平支撑系统截面的大小，需要通过受力计算。

4、檀条与主门式结构的选择

现如今，檀条多数采用的是Z型和C型薄壁型钢材，受力与截面大小相关。由于Z型截面的强弱轴的力学性能比C型截面好，跟钢架的链接采用的也多铰接，从物理学和力学来分析，Z型截面会更加合理，所以除了有其它优先条件之外，我们首先选择的是Z型截面，房屋与檀条的间距不得超过1.5米。

5、抗剪建的设置

在需要防烈程度较高或负载较大的结构体系中，其基地通常有着较大的水平剪力，这样就需要加上抗剪建，从而减弱混凝土和柱底板之间产生的摩擦力影响。抗剪键是将截面刚度比较大的工字钢垂直焊接在柱底板底面，其复杂的操作，要确保抗剪键发挥作用，只能是在柱底板下的空隙密实的情况下，与焊接高度、长度和本身的截面有关。

6、门式钢架结构的基础设计

门式钢架结构的基础纵向负荷小、重量轻，而水平荷载就成为了基础大小的控制因素，由于门式钢架结构的基础结构容易偏心过大而且不均匀，可能会发生偏移而影响结构的正常实用。因此可以采用一些方法来加固，譬如基础深埋、偏心基础、使用桩基和加大基础的压重等方法，在实际的基础设计中需要经过一些分析来选择最佳方法。

四、轻型门式钢架结构常见问题及措施

梁、柱拼接节点一般按照刚接节点计算，但是往往由于端部的封板较簿而导致了与计算出入较大有，所以应该严格的控制封板厚度，以确保证端板有足够的刚度。有的设计柱与斜梁按照钢接来计算而实际工程中则把钢柱省去，把斜梁支承在砖柱或钢筋混凝土柱上，为避免造成工程事故，设计的时候应该注意把节点的构造表达清楚，节点的构造一定要符合计算。多跨门式钢架结构中的柱按照摇摆柱设计，而实际工程中却把斜梁和中柱焊死致使计算与实际构造不符，容易造成工程事故。常忽略在风吸力作用下檩条的设计的稳定，导致在大风吸力的作用下很容易破坏稳定，设计时就应该注意核算檩条截面在风吸力作用下满足要求没有。有的工程在门式钢架斜梁拼接时，把翼缘和腹板的拼接接头放在同一截面上，对工程造成隐患，设计拼接接头时腹板接头和翼缘接头一定要错开。有的单位檩条设计上只要求简单的镀锌，没有提出镀锌的方法和镀锌量，故施工单位用电镀，在工程尚未完成时，檩条就已生锈了，设计时要提出适宜采用的热镀锌带钢压制镀锌方式，并且提出镀锌量。柱脚底板下如果采用剪力键，或者有空隙的话，在安装完成时，则一定要用灌浆料来填实，注意底板设计时灌浆孔的预留。不少的单位为了省人工和省钢材，取消墙梁和檩条的钢板支托的侧向肋，这样将影响墙梁受力的可靠性和檩条的抗扭刚度。设计时应在图纸中标明支座的具体做法，并且图纸的总说明中应强调施工单位不得任意变改。

五、结束语

由于钢结构设计的应用日益广泛，所以在钢结构的设计方面也有了更高的要求，既要满足业主的要求，也要做到专业化和规范化，设计要做到实用、安全、经济、美观等相结合。在保证轻型门式钢结构设计稳定性合理的前提下，对内部钢材的防腐和防火性能进行追加，确保建筑空间维护效能的实现，保证经济成本与安全质量，促进我国现代建筑事业的发展，满足可持续发展战略。

参考文献：

[1]门式钢架轻型房屋钢结构技术规程，CECS102：2002[S].

[2]《门式钢架轻型技术规程》CECS102：2002

[3]万春.轻钢结构门式刚架结构的实际和应用[J].四川水力发电.2010（8）

[4]胡云飞，何颖.浅谈轻型门式钢架结构设计[J].今日科苑，2009（02）.

[5]沈睿.门式刚架轻型房屋钢结构设计及施工中的体会[J].建厂科技交流，2006，36，11.

[6]cecs102：2002，門式刚架轻型房屋钢结构技术规程[s].