浅谈轻型门式刚架结构工业厂房结构设计

唐 艳

（甘肃省轻纺工业设计院有限制责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 轻型门式刚架结构的特点

门式刚架轻型房屋结构在我国的应用约始于20世纪80年代初期，是在厂房、仓库、建材等交易市场、体育馆及活动房屋等建筑中应用比较广泛的一种结构。这种结构不仅可以满足厂房对大空间的需求，实现工厂化加工制作、现场施工组装、方便快捷工程作业的需求，更具备成本低、重量轻、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高、柱网布置比较灵活且适用范围广的特点，极具实用价值。

2 轻型门式刚架结构工业厂房设计实例

2.1 工程概况

某工程为云南垅田农业科技开发有限公司18万吨马铃薯深加工联合车间。项目建设地点为云南省曲靖市，联合车间为单层门式刚架结构，主要跨度为27m×18m×18m，主要柱距为6.0m，长度为141.00m，宽度为54.00m。檐口柱顶标高为8.1m，屋面坡度为5%，屋面板和墙面板采用的是压型彩钢夹芯板。

2.2 结构选型及布置

1）结构形式的确定，该类厂房以前多数为混凝土排架结构厂房，主要考虑内部管道多，混凝土柱便于在后期设置管道支架，同时在防火、防腐蚀等方面具有独特的优势，但与刚结构厂房相比在工厂化程度、施工速度、抗震性能等方面又有所不及。考虑本工程工期十分紧张的特点，为便于制作和安装，经各方协商，最终确定采用双坡多跨门式刚架结构。这种结构形式简单，加工方便，柱采用等截面实腹式H型钢柱，梁采用变截面实腹式工字型钢梁，柱与基础铰接，屋面板和墙面板采用的是压型彩钢夹芯板。刚架立面图如图1所示。

2）支撑布置，门式刚架属于平面结构，在柱间支撑、屋面水平支撑及纵向构件相互联系下，形成空间的稳定整体，以保证厂房结构的纵向及横向水平刚度，将水平荷载（风荷载、地震作用）传给基础。按照规范要求，①在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系；②在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系；③端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30～45m；有吊车时不宜大于60m；④当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑；⑤当端部支撑设置在端部第二开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。本工程两单元均为54m，长度为141.0m，因此纵向在端部第一开间及中间两个开间设置柱间支撑，横向在内柱列增设柱间支撑。

2.3 结构设计与分析

刚架设计，1）荷载取值，刚架主体采用中国建筑科学研究院PKPM-STS软件进行计算。恒载除屋面自身重量外，还包括与屋面直接相连的吊顶荷载以及屋顶设备荷载。计算过程中主要的荷载取值如表1所示。

表1 荷载标准值

2）计算结果及分析，刚架在截面选取时首先应保证板件的宽厚比和高厚比满足局部稳定性的要求，主要计算刚架柱、梁在各种荷载工况作用下的强度、刚度、稳定性以及整体变形，中间柱与钢梁为刚性连接。本工程主刚架柱、梁材质采用Q345-B钢，其各项技术指标须符合《低合金高强度结构钢》的有关规定。主要计算结果：柱作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值：0.93；梁作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值：0.95；柱平面内稳定应力比：0.91；梁平面内稳定应力比：0.83；钢梁挠度：H/970；柱平面外稳定应力比：0.88；梁平面外稳定应力比：0.97。以上计算结果容许值分别为：1.0、1.0、1.0、1.0、H/60、1.0、1.0。

从计算结果看出，构件的最大应力比为0.97，出现在屋脊钢梁处。柱顶相对位移、钢梁挠度、柱平面外最大长细比均按现行《钢结构设计规范》和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中要求从严控制。从计算结果看，上述指标均满足规范要求，特别是风荷载标准值作用下柱顶相对位移远小于规范限值要求。

2.4 檩条和墙梁的布置

屋面檩条一般应等间距布置。但屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道，使得屋面板的外伸宽度不要太长（一般按＜200mm取值），在天沟附近应布置一道，以便于天沟的固定。确定檩条间距时，应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定。

墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨棚等构件和围护材料的要求，按计算结果选用。

当檩条跨度大于4m时，应在檩条间跨中位置设置拉条，跨度大于6m时，应在檩条跨度三分点处各设置一道拉条。