门式刚架轻型房屋钢结构设计优化分析

付敏

摘 要：经济发展、社会进步、生活质量的提升推动了建筑行业的发展，房屋结构设计是建筑行业的重要组成部分，发展空间逐渐广阔，同时，发展也面临挑战，只有设计出更好地房屋结构才能更大程度满足人们对房屋建设的要求，房屋设计中钢结构的应用优势显著，门式刚架轻型结构在房屋设计中的使用符合当前建筑水平和房屋设计的需求，所以本文就门式刚架轻型房屋钢结构设计优化展开论述分析，以不断优化房屋结构。

关键词：门式刚架;轻型房屋;钢结构设计优化

建筑水平的不断提升，使轻型钢结构在房屋建设施工过程中被广泛应用，我国为了进一步提升建筑建设水平，也对轻型钢结构的应用提出了对应的结构技术流程，有利于推动钢结构的合理设计和发展。通过设计门式刚架轻型房屋钢结构，有利于提升房屋设计质量，以更高的工业化程度、更效率的施工周期、更低的环境污染程度等优化了体育场、仓库及工业厂房的建筑质量^[1]。为更好的优化门式刚架轻型房屋钢结构的设计质量，对其开展优化设计是十分必要的。

1 门式刚架轻型房屋钢结构应用优势

1.1 门式刚架轻型房屋钢结构主要特征

自20世纪开始，建筑行业发展逐渐加快，门式刚架也在轻型房屋钢结构设计中得到顺利应用，其已经成为房屋建设的最主要构建方式，门式刚架轻型钢结构房屋设计中，结构主要是采用H型钢组成门式刚架，发挥承受重力的作用，以此构成房屋骨架，刚架柱和刚架梁一般采用变截面的楔形梁，既能使构件材料更好的发挥其强度，也可以降低造价，如图1所示。针对有吊车的房屋来说，大都采用截面阶形柱和截面柱进行钢架柱设计，采用应力图形接近的变截面楔形梁进行钢架梁的设计，如图2所示：

门式刚架轻型房屋钢结构设计灵活性高，该结构的柱网不会受到构建实际情况影响，拆卸方法方便，有利于反复对钢架进行回收利用，实际施工过程中能够减少材料消耗，达到绿色、节能、高效益的作用。门式刚架轻型房屋钢结构自身的截面尺寸小，能够对建筑内部空间进行充分利用，尽可能的缩小建筑面积，钢架结构具有较强的高度，运输过程、制作过程及安装过程均更加安全和方便。

1.2 门式刚架轻型房屋钢结构优点

首先，采用门式刚架轻型房屋钢结构能够尽可能的缩短施工周期，由于门式刚架轻型房屋钢结构的所有部件均事先进行了制作，只需要在施工现场施工过程中进行安装和拼接即可直接应用，该结构自身重量小，有利于简化安装步骤，缩短建筑建设的施工周期。

其次，该结构具有较高的空间利用率，钢筋混凝土结构属于建设传统房屋的措施，但是该建设方式所占截面积较大，由于钢结构自身的截面积较小，能够最大程度提升建筑物内部利用空间，符合建筑物自身大跨度的要求，有利于节约建筑物内部装修费用，加之钢材料的费用较低，所以能够节约建筑成本，发挥空间优势，具有极高的利用价值^[2]。

最后，门式刚架轻型房屋钢结构便于拆卸，在对建筑物进行拆迁时，通过门式刚架轻钢结构，有利于提升拆迁速度，由于该结构施工过程中大都是采用螺栓进行连接，而且采用钢材本身，能够反复进行钢材料的加工和利用，有利于节约材料，减少材料浪费的情况发生，还不会发生钢筋混凝土建设过程中水泥砂浆和混凝土污染空气环境，产生较大噪音的情况出现，应用理念绿色健康，符合可持续发展的战略要求。

1.3 门式刚架轻型房屋钢结构的发展进程

科技水平的增长为门式刚架的发展奠定了基础，推动了轻型房屋钢结构的进步，我国对建筑质量重视程度的提升，要求必须规范设计钢结构，以提升轻型房屋钢结构设计的整体水平，结合以往建设施工经验，该结构的应用效果不断优化。但是相对于发达国家来说，我国经济水平依然较低，应用钢结构和设计过程中依然存在一定的问题^[3]，與发达国家相比，钢结构房屋设计和应用依然存在较大的发展空间。我国应用门式刚架轻型房屋钢结构的形式大都是采用两铰门式刚架和无铰门式钢架两种，为提升该结构应用的稳定性，主要采用H型焊接方式以提升钢架结构自身的稳定性，设计钢架节点方式基本相同，主要依靠高强度的螺栓对摩擦面进行连接处理。在对门式刚架轻型房屋钢结构进行设计时，大都是应用标准化的设计机制，虽然该结构在我国应用效果较好，但是不断发展结构应用优势，才能够更好的促进我国房屋结构建设质量的提升。

2 门式刚架轻型房屋钢结构设计缺陷

门式刚架轻型房屋钢结构设计过程中存在一定的缺陷，必须不断完善相关设计方式，设计时，需要综合考虑多种标准及规范内容，且不同的规范内容间存在一定的交叉性，我国及相关部门发布了较多结构应用标准及技术应用文件，但是却并未同意相关技术标准和技术文件内容，在一定程度上限制了门式刚架轻型房屋钢结构的发展^[4]。比如，在门规设计时，需要采用钢架形式的单屋脊，而在具体结构设计过程中，一旦房屋跨度较大，将不会应用多屋脊结构进行干预，如果应用规定的内容进行设计，会发生钢材料浪费情况。门式刚架轻型房屋钢结构设计中存在较大优化空间，由于该结构设计在我国兴起时间较短，在各个层面的应用过程中均存在不足情况，进行针对性的结构措施设计时，必须不断优化相关设计内容，比如对钢结构的节点连接部位及支撑布置层面进行设计过程中，需要以扎实深刻的理论作为支撑，才能够保证设计的合理性和应用的安全性及时效性。此外，在钢结构的计算及应用计算软件方面，必须保证计算效率和计算的准确性，这就亟待升级计算软件性能。

3 门式刚架轻型房屋钢结构设计优化要点

3.1 设计注意关键点

设计门式刚架轻型房屋钢结构过程中，需要从以下几个方面进行关注设计，首先，对该结构自身的设计，必须要从连接要求出发，优化结构柱脚设计，若是工厂厂房内存在较大的调查，必须采用同一种钢架结构对柱脚部位进行连接，以尽可能的减少柱顶位移情况的发生，提升钢结构应用的稳定性。其次，若是轻型结构房屋的墙面设计，必须要从房屋拉条与风吸力方面考虑，结合檩条下翼缘部位所受压力进行综合分析，确保门式刚架轻型房屋钢结构设计的合理性。

3.2 门式刚架轻型房屋钢结构设计要点

面内主钢架受力属于门式刚架结构设计的主要内容，面外钢架能够通过系杆及支撑方法，对外界的应力进行承载，主要通过纵向抗侧体系进行，所以在设计该结构时，大都忽视纵向计算，缺少对面外钢架的重视程度，缺少纵向柱底铰接部位的假定情况，且门架柱脚的设计也会受到拉力影响而影响整体结构。由于纵向支撑会受到刹车力、地震及风荷载等多种力的影响，产生轴向拉力较大，从而影响柱脚的设计，影响基础设计质量，可对房屋原有的承载力转变为零应力区控制^[5]。圆钢是进行圆钢支撑及纵向支撑铰接的主要材料，支撑属于没有交接点的支撑，所以必须正确对其长度进行计算，去除交叉点，修改铰接两端点。在设计钢架和刚性支撑架过程中，需要从建筑施工情况出发，合理进行支撑点设计，进而采用另一根节点板进行支撑连接。

4 门式刚架轻型房屋钢结构设计优化

4.1 选型设计优化

为确保门式刚架轻型房屋结构设计质量的不断提升，在进行结构设计时，需要从房屋施工实际情况出发，提升对不同结构形式的钢架设计内容改善。在结构设计过程中，应重点选择设计形式，要从结构自身的安全性进行考虑，采用并排平面设计方式以形成对应的空间结构，在该结构下进行钢结构的设计应用，有利于提升平面框架结构的设计质量，提升房屋整体的稳定性。在选择钢结构的主框架过程中，需要从设计要求出发，合理选择钢结构框架，改变传统的钢结构框架，以三角形作为主要的房屋屋顶结构，根据房屋形状合理选择设计形状，以确定屋面的结构框架^[6]。

4.2 构件的设计优化

结构构件属于门式刚架轻型房屋钢结构的重要组成部分，提升构件设计重视度，优化构建材料及类型的选择方法，合理构件布局，优化设计截面尺寸，完善截面设计理念，以确保各种设计能够被优化使用。在施工设计时，需要依照设计规定开展设计优化工作，以分析法进行构件计算，确保计算结果的精准性。

4.3 空间的设计优化

加强空间的优化设计，能够为建筑空间的提升奠定基础。所以在进行结构设计过程中，必须从房屋自身的性质、功能及房屋施工工艺相结合后，使施工人员了解相关施工内容，以减少建筑空间设计浪费的情况发生，除此之外，必须对钢结构的情况进行分析，对房屋自身的投资情况及影响进行综合考虑后，合理进行房屋空间结构的设计优化。

4.4 支撑体系的优化设计

门式刚架结构中的支撑体系会对钢架整体结构产生影响，对建筑的安全性能发挥负面作用，支撑体系的主要作用就是对各种荷载力进行承接，并将其上传至主钢架位置，分散至地基及基础部分，与横向框架连接够，形成几何不变体系，以确保钢结构能夠依靠地面承接荷载力。在第一或者第二开间设置屋盖横向支撑，以方便屋盖能够产生横向支撑，强化对钢架柱间支撑开间的设计，可在其上部设置刚性系杆。十字交叉圆钢大都是进行门式刚架设置的最主要方式，通过支撑物的装置，能够优化支撑效果。若是起重量在5吨以下的桥式吊车进行支撑体系设置时，可采用型钢进行支撑，以提升该结构的稳定性。

5 结语

综上所述，建筑行业的发展进步，使门式刚架轻型房屋钢结构不断在房屋设计领域广泛应用，且该结构设计的技术日益成熟，为更好的提升房屋建设结构的稳定性和实用性，采用选型、构件、空间及支撑体系的设计优化是十分重要的。

参考文献：

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[3]李强， 黄龙蛟. 门式轻型钢结构的隅撑设计及其受力分析[J]. 工程技术研究， 2019（16）：13-14.

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[5]张芹锋， 朱桢华， 黄义， et al. 钢结构房屋建筑智能监测的压电传感器设计研究[J]. 陕西建筑， 2019（10）：5-8.

[6]尚守平， 张斌， 肖逸夫， et al. 基础隔震低层框架结构振动台试验研究[J]. 地震工程与工程振动， 2019（4）.