关于门式刚架轻型房屋钢结构设计的几点思考

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【摘要】 门式刚架是典型的轻型钢结构，在具体施工中具有很多其他结构不可代替的优越性，在节省材料，施工周期短方面尤为突出，所以门式钢架目前在国内的应用非常广泛。但是在门式钢架轻型房屋钢结构设计中，存在一些理论问题和实际问题，会对工程造成影响。本文针对门式钢架轻型房屋钢结构的特点深入探讨了关于荷载的计算、隅撑布置、设计要点及施工中等方面的一些问题。

【关键词】 荷载计算隅撑布置设计要点施工问题

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

关于荷载的计算及取值

荷载效应组合

轻型钢结构在整个设计过程中，荷载问题是非常重要的。文献[1]规定：建筑结构的设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按照承载能力的极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，然后选择两者最不利的效应组合进行设计[1]。如果是承载能力极限状态，应按照荷载效应基本组合来进行荷载组合，采用下列设计：γ0S≤R式中 γ0 为结构重要性系数，对一般的门式刚架钢结构，当设计使用年限为 50年 时， 取 γ0 ≥1. 0、当设计年限为 25 年时 , 取 γ0 ≥0. 95；S为在不考虑地震作用的情况下，荷载效应组合的设计值（对于抗震设防烈度为7度时，一般不需要做抗震验算），R为结构构件承载力的设计值。

2．荷载取值

屋面的自重和悬挂荷载一般是作为门式刚架的永久荷载，但是设计工作者在设计时往往很容易忽略悬挂荷载。悬挂荷载的大小一般依据建筑专业和设备专业的实际情况而定。门式刚架的可变荷载（活荷载）包括屋面均布活荷载、雪载和风载。文献 [1]规定屋面均布活荷载不应小于 0. 5kN /m ，同时提到对受荷水平投影面积大于 60 m2的0.3kN /m。按照刚架构件屋面竖向均布活荷载的标准值可取 ≥0. 3 组合原则规定，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。所以刚架活荷载应取 0. 4 kN /m ，檩条的活荷载应取 0. 5 kN /m 。屋面构件计算时的活荷载取值大于刚架构件计算时的取值是合理的。[1]

二．关于隅撑布置

隅撑作为轻钢结构中的重要组成部分，它使厂房纵向连成一个整体，使各道屋面支撑或者柱间支撑同时承担水平力，是支撑系统必不可少的部分。规程指出：在刚架的转折处设置刚性系杆是最佳的。对单跨双坡刚架结构，在山墙的屋脊处没有设置抗风柱，有些设计工作者将通长压杆连接在由水平支撑、短压杆和刚架梁形成的桁架的弦杆跨中，并不与屋面支撑相连接。平面外强度和刚度用作弦杆的刚架梁都相对偏小，这种情况非但影响水平力的传递，而且对刚架受力也有不小的影响，所以需把支撑中的压杆与刚性系杆相连，这种情况下就需要把支撑的跨度做一些相对调整。另外，如果在屋脊处设置双檩条，通常情况下无需设置刚性系杆，而只需在檐口处设置通长系杆。

三．设计要点

1．基础与柱脚节点

我们在选取基础形式时应该根据建筑物所在地的工程地质情况和建筑物的上部结构型式等方面来综合思考。针对轻钢结构的特点，由于柱网尺寸偏大，上部结构传至柱脚的内力偏小，通常采用独立基础；如果遇到地质状况较差的问题，可以换用条形基础；如果地质情况恶劣，通常采用桩基础；一般情况下不适用片筏基础和箱型基础。轻钢结构基础除了容易发生冲切、剪切破坏之外，由于其存在较大的水平作用力，对固接柱脚会产生很大的压力，使其产生弯曲，最终导致基础产生倾覆和滑移破坏。而且在风荷载较大的情况下，由于轻钢结构自身重量较轻，在敞开或半敞开的状态下，有时难以承受风荷载，导致基础的破坏。如何防止这些破坏的发生，是设计的一个非常要的问题。通常情况下，最有效的办法是增加基础埋深，对于轻钢结构基础还需预埋锚栓，作为上部结构和基础的连接。锚栓距离基础的距离不能大于150mm，因为如果锚栓距离基础边缘太近，会使基础产生劈裂破坏。同时锚栓也不能过短，否则会使锚栓从基础中拔出，致使基础毁坏。柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚或铰接柱脚。[2]在实际工程中，绝对刚接或绝对铰接都是不可能的，确切地说应该处于半刚接半铰接状态，两者的区别在于铰接柱脚通常采用两个锚栓，刚接柱脚则通常采用四个或四个以上的锚栓。柱脚的区别在于对结构侧移的控制，如果侧移控制严格，则采用刚接柱脚，其他情况下采用铰接柱脚。一般情况下，柱底剪力是通过底板和基础顶面的摩擦力来传递的，若不满足要求，则须设置抗剪键。

2．防腐与防火设计

众所周知钢材的防腐蚀性能相对较差，对于钢结构的腐蚀不仅仅造成了经济上的巨大损失，最重要的是对安全造成了不可估量的隐患，由于钢材料被腐蚀而导致的重大安全事故也比比皆是，做好钢腐蚀的准备措施主要有以下两个步骤：

（1）钢材的表面处理

钢材表面的杂质，是影响钢材耐腐的重要因素，它会吸附于钢材表面，使漆膜下的腐蚀继续扩展，致使涂层失去效力。因此，钢材表面处理的好坏程度直接影响到涂层防护效果的好坏从而影响钢材的使用寿命，涂料本身的质量好坏也会影响到钢材的损耗。

（2）在钢材表面涂刷防腐涂料

防腐涂料是含油或者不含油的胶体溶液，将这种防腐涂料涂于钢材表面，能够形成一层保护膜来保护钢材免受侵蚀。防腐涂料一般有底漆的功能，使漆膜于基层、面漆结合牢固，而面漆的主要作用是保护下层底漆。我们通常能见的防腐涂料底漆有富锌元底漆和环氧铁红底漆，而常见的面漆有环氧漆、环氧橡胶漆、氯磺化聚乙烯漆等。

四．施工中存在的问题及对策

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》公布以来，对这些年这类工程的发展起到了很大的推动作用，但同时产生了很多不可避免的问题。

1．控制屋脊垂度

框架斜梁的竖向挠度限值为 1/180，除验算坡面斜梁挠度外，验算跨中下垂度的必要性一直以来国内都争论不休，现国外机构一般将构件分段，每段都要计算水平和竖向的位移，不能在允许值范围之外，而这就需要验算跨中垂度[3]。跨中垂度反映屋面竖向刚度，如果刚度偏小竖向变形就容易偏大，而刚度本身如果偏小，则脊点下垂后容易引起屋面漏水，这是造成屋面漏水情况的诸多原因之一。有些工程项目通常由于屋面竖向刚度偏小，第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡，使得屋面极其容易变形。因此。当刚架侧移后，山尖下垂对坡度影响超过预算的时候（例如使坡度小于 1/20），要求其施工人员通过验算山尖垂度，控制屋面刚度。

2．施工方面

一些刚架在大风时柱子容易被拔起，这是经常在实际状况中出现的事故。刚架估算错误并不是事故的主要原因，而是设计者在设计柱间支撑同时，没有考虑支撑传递给柱脚所产生的拉力。尤其是房屋纵向尺度较小时，通常只设置较少的柱间支撑用作抵抗纵向的风荷载，当支撑传递到柱脚的拉力相对较大时，若此时柱脚没有采用更加牢固的抗拔措施应对，产生这种状况时非常有可能将柱子从地中拔起。所以，如果该地区的风荷载相对较大，刚架柱在受拉时，应在柱脚考虑增加抗拔构造的设置，例如锚栓端部设锚板等。

另外，施工经常产生的一些小问题容易被忽视，例如：

（1）产生天沟，系杆无法设计到紧贴到柱顶的部分，在这种情况下，很有可能致使无法安装落水管。同时，水管、系杆和柱间支撑的位置必须要考虑周全，否则就会产生碰到系杆或者碰到柱间支撑的情况。

（2）水平支撑上花篮螺栓位置的布置要合理，不能使其偏离主梁太远，应考虑方便安装。否则，施工人员在安装时需要探出身体来拧紧花篮螺栓或借助爬梯上去，或者等檩条安装完毕以后再爬上檩条拧紧花篮螺栓，这种施工方法对于工人来说极其不安全，同时也要兼顾隅撑的布置位置，在布置水平支撑时不要与隅撑产生矛盾。

（3）门窗等物件的包角板不能一概而论，因为在施工中工人无法保证板件位置在压型板的波峰还是在压型板波谷。

（5）在做大型的工项目程时，深化图编号必须要考虑到生产、发货、安装的便捷等问题。

（6）不要片面地在檩条的拉条孔上考虑“受拉边、受压边”等情况，打出上下边距不等的孔眼，因为安装时是非常容易装反的，结果容易适得其反[4]。

五．结语

门式刚架轻型房屋钢构应用广泛，在设计时，对结构布置，结构计算及构造施工方面的问题应加以重视，认真对待。对于设计者，不仅要求要熟悉规范条文，还要深刻理解条文的原理及其应用条件，要注重对相关知识的学习，建立清晰的结构概念，这样才能正确处理实际工程中遇到的各种非常规问题。

参考文献：

[1]中华人民共和国建设部.《钢结构设计规范》.中国计划出版社.2003

[2]齐建新 翟兆魁《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》.军事科学出版社.2003

[3]《冷弯薄壁型钢结构技术规范》.中国计划出版社.,2002

[4]魏潮文.弓晓芸.陈友泉.《轻型房屋钢结构应用技术手册》.中国建筑工业出版社.2005