浅析门式钢架设计方法

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摘要：本文简要介绍了门式轻钢结构的概况，对它的设计方法、设计步骤和设计中需要注意的问题，做了简要介绍，有利于对轻型门式钢架结构设计有较为完整的认识。 关键词：轻型门式钢架；结构设计

中图分类号：TG802 文献标识码：A

门式刚架作为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。门式钢架轻型房屋钢结构设计一般采用以概率理论为基础的极限状态设计法，按分项系数设计表达式进行计算；承重构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。

结构体系布置

轻型门式钢架的跨度和柱距主要根据工艺和建筑要求确定。结构布置要考虑的主要问题是温度区间的确定和支撑体系的布置。

考虑到温度效应，轻型门式结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m，横向温度区段不应大于150m。当建筑尺寸超过时，应设置温度伸缩缝。温度伸缩缝克通过设置双柱，或设置次结构及檩条的可调节构造来实现。

支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。布置主要原则如下：

①柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内，形成抵抗纵向荷载的支撑桁架。支撑桁架的直杆和单斜杆应采用刚性系杆，交叉斜杆可采用柔性构件。

②支撑的间距一般为30~40m,不应大于60m。

③支撑可布置在温度区间的第一个或者第二个开间。当布置在第二个开间时，第一个开间的响应位置应设置刚性系刚。

二、门式钢架荷载取值

门式钢架房屋上作用的荷载一般有：恒载（结构自重和设备重），活载（包括屋面均布活载、检修集中荷载、积灰荷载、雪荷载等），风载，温度，吊车，还有地震荷载（水平和竖向）。由于轻钢结构自重较轻，所以对地震的反应也较轻，这一点对抗震非常有利。

三、钢架内力和侧移计算方法

（一）内力计算方法：对于变截面门式钢架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当钢架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式钢架的内力通常采用杆系单元的有限元法（直接刚度法）编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。

（二）侧移计算方法：变截面门式钢架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时钢架的侧移刚度不满足要求，需采用下列措施进行调整：放大柱或梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚。

四、檩条、拉条和撑杆设计

（一）檩条设计

檩条是有檩体系中的主要受力构件，因其覆盖面积大，其用钢量在房屋结构中所占的比重较大，轻钢结构中檩条约占结构总用钢量的1/5~1/3，因此在设计中应合理选择其截面形式与布置。

1、檩条设计时，要考虑檩条应为冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱。同时强度计算要用净断面，要考虑钉孔减弱。这种减弱，一般达到6～15%，对小截面窄翼缘的梁影响较大。钢架整体分析采用的是全截面，如果强度计算不用净截面，实际应力将高于计算值。

2、檩条设计时，应考虑檩条不仅仅是支撑屋面板或悬挂墙面板的构件，而且也是钢架梁柱隅撑设置的支撑体，设置一定数量的隅撑可减少钢架平面外的计算长度，有效的保证了钢架的平面外整体稳定性。

（二）檩条的拉条和撑杆设计

1、拉条的设置

檩条的拉条设置与是否主要和檩条的侧向刚度有关,为了减小檩条在使用和施工期间的侧向变形和扭转，应在檩条跨间位置按下列原则设置拉条：当檩条跨度≤4m时，可不设置拉条；檩条跨度4m

2、撑杆的设置：檩条撑杆的作用主要是限制檐檩和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑竿的长细比按压杆要求λ≤220，可采用钢管、方管或角钢做成。目前也有采用钢管内设拉条的做法。撑竿处应同时设置斜拉条。

五、结构支撑体系

（一）屋面支撑。屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计，可采用单角钢。当采用张紧装置的圆钢截面时，圆钢与构件之间的夹角应在30°~60°范围内，宜接近45°。非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T形截面。 当屋架跨度较大、房屋较高且风压较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时，可假定在水平荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。

（二）柱间支撑。对厂房来说：分为上层支撑和下层支撑。上层支撑计算时，为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力，支撑腹杆按柔性拉杆计算。交叉体系的下层支撑当吊车较小时一般用圆钢，较大时应采用角钢或槽钢。为了提高厂房纵向刚度，当吊车较大时，应交叉斜杆应按拉杆设计。 六、隅撑的作用与设计 隅撑的作用为了保证构件的平面外的稳定性，减小构件平面外的计算长度和为了防止受压翼缘（梁下翼缘和柱的内侧翼缘）屈曲失稳，增加受压翼缘的稳定性。

隅撑按轴心受压构件设计，主要验算截面强度，整体稳定性，局部稳定性以及刚度。

七、结束语

在轻型门式钢架结构设计过程中，通过对设计要点和重点的把握及合理配置，可以有效地起到方便制作、安装，节约钢材用量的作用。门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。

参考文献：

[1] 张其林，《轻型门式钢架》2004（5）.

[2]《钢结构设计规范》GB50017-2003 .

[3]《门式钢架轻型技术规程》CECS102:2002 .

[4] 王燕，《钢结构设计》2009（5）.

[5] 陈树华，《钢结构设计》2007（6）