门式刚架结构设计中应注意的问题

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摘要：本文首先对门式刚架结构的特点进行总结，其次对门式刚架结构的设计进行分析，最后对门式刚架结构设计中应注意的问题进行研究和探讨。

关键词：门式刚架；结构；设计；

中图分类号：TB482文献标识码： A

1、引言

现阶段，在我国建筑行业中，门式刚架结构由于其性能良好，造价较低，以及工程周期短和结构独特等优点而得以广泛应用。然而，门式刚架结构在受到大家青睐的同时也存在许多不足，其设计和施工中还有许多问题有待完善，因此对门式刚架结构设计中问题进行分析具有重要意义。本文对有关门式刚架结构设计中应当注意的问题进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。

2、门式刚架结构的特点

门式刚架结构，顾名思义是刚架结构的一种，同时具有钢材结构的特点，包括较高的强度、较轻的重量、较高的韧性以及可塑造性等，另一方面还具有工程周期短，钢材本身用料节省、制作起来较为方便，造型美观，可以进行快速安装，对周边环境的污染不大，综合性能优良。尤其是相关技术规程颁发以来，更是促进了门式刚架结构的发展和广泛应用。

3、门式刚架结构的设计

根据门式刚架结构的种类，我们把门式刚架结构分为单跨刚架和双跨连续刚架等；按照截面来分，可以分为等截面和变截面；其柱脚分为铰接和刚接；根据钢架梁、主截面能够分为梁柱采用H型的实腹刚架以及钢管角钢等复合结构的结构式刚架。实腹刚架具有较强的刚性，然而材料用料较大，成本较难以进行控制；结构式刚架制作起来较为复杂，然而材料较为节省，因此多应用于大跨度的复合型刚架。

3.1门式刚架结构的链接方式

门式刚架结构的链接方式有很多种，需要按照相关技术规程，以及施工现场的实际情况进行确定。一般而言，门式刚架结构链接方式分为铰接和刚接。如果是门式刚架结构应用于工业厂房，而且具备五吨以上桥式吊车，那么将其柱脚设计成刚接的方式是比较合理的。本文对相关资料进行调查，得出以下结论，若是房屋位置比较高，采用的是柱脚铰接的方式，柱顶移动距离肯定要增加，也因此增大了柱截面，从而增加了材料用量，还要对地基等自然因素进行综合考虑。若是采用刚接的方式，柱脚承受的偏心弯力会更大，因此要采用的柱脚随之增大，对房屋地基等因素进行考虑还需要更多的刚材。柱脚的链接方式进行选择，一是要对房屋高度、吊车吨位以及房屋地基等进行考虑，另一方面还要考虑施工现场的实际情况。

3.2门式结构方案的选择

门式刚架结构中，刚架的间距和跨度，房屋的负荷载，以及檩条形式等。假如刚架的跨度不大，那么采用间距较大的钢架，则势必会增大了檩条的用钢量，从而增加了工程造价。数据调查显示，柱脚柱距的增大，会使得钢架用钢量变小，柱距超出某一限值，刚架用钢量会不增反降，檩条和其它设施的用钢量增加。总体而言，柱距的增加，用钢量是先降后升，换句话说就是钢量大小和柱距之间存在一定的关系。门式刚架结构的承重结构大致上有两个部分，包括刚架和基础，二者相互依托，受力方式和传统体系有所区别，其基础以钢筋混凝土为主，建筑物对于侧向位移和变形的要求也不同，以节省工程造价为目的进行考虑，可以选用变截面梁柱的方法，基础上采用铰接的方式，进行设计时还要考虑实际情况，制作出最优方案。

4、门式刚架结构设计中应注意的问题

4.1荷载取值

4.1.1刚架恒荷载

通过软件对相关参数进行计算，刚架的自重往往是利用软件进行自动生成，屋面板、檩条以及支撑等荷载按照线荷载，一并加到钢架梁上计算。按照相关经验，屋面板厚度不大于6mm时，屋面板、檩条以及支撑重量等参数可以按照以下数值进行取值，单层板取值为0.15～ 0.20KN/；双层板时取值为0.20～0.25KN/。

4.1.2刚架活荷载

（1）对面板和檩条进行计算时，其荷载的取值是固定的，为0.5 KN/，按照相关技术规定，一般屋面的活荷载为0.5 KN/，然而钢架受荷载面积不小于60的情况下，可乘折系减系数是0.6。门式刚架进行计算时按照该条件即可，因此对钢架计算时要考虑0.3 KN/，按照国外的相关资料，门式轻钢结构要考虑一定的附加荷载，我国相关技术行文中并无此规定，如果遇到暴风雪等特殊情况有可能出现安全问题。所以，梁和檩条等较小的门式轻钢刚架不应出现明显克扣活荷载的现象。

（2）刚架风荷载，要按照当地实际基本气候条件，按照相关规范进行取值，然而风荷载体型系数应当按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行取值，若是风荷载体型系数仍然是按照以往的规范进行取值，风荷载标准值要附加一个增大系数，一般为1.1，要不然风荷载标准值要小于新型技术规范的要求，因此会存在一些安全隐患。

4.2 优化设计，减少用钢量

4.2.1设计计算

设计计算时要严格按照《门式刚架轻钢结构技术规程》进行设计计算，直接采用《钢结构设计规范》不符合设计规范。

4.2.2选用合理的柱网布置

门式刚架中，主刚架和檩条用钢量占较大比例，相同荷载条件下柱网的布置形式会对用钢量产生较大影响。所以，在确保设计工艺得到满足时要尽可能的选用经济实用的柱距和跨度。按照工程用钢量的经验得知，柱距在6到8米左右较为合适，跨度要小于36米。

4.2.3设计中要尽量选择合理的构件截面形式和支承方式

檩条在对其薄壁宽肢的型号进行选择时，尽量选择Ｃ型和Ｚ型，钢架采用H型截面的形式，荷载固定时，连续支撑构件要比简支构件截面略小，所以在对门式刚架的屋面檩条和墙面檩梁进行选择时，尽量选用连续支撑的方式。

4.2.4构件截面选择

构件截面选择时尽量选用楔形构件和变截面构件，翼缘厚度和腹板厚度也要随之调整，以此节省钢材。

4.2.5对檩条在风吸力作用下的下翼缘失稳进行验算

薄壁型钢规范没有对屋面蒙皮作用进行考虑，因此其得出的结果毫无经济性。屋面压型钢蒙皮作用可以促进檩条上翼缘承载力的提高，幅度大约为10%，提高下翼缘和腹板承载力，大约为6%，对于门式刚架承载力也会有一定的帮助。压型钢板屋面蒙皮作用对于檩条上翼缘提供侧向支撑是非常有必要的，然而对于檩条下翼缘失稳的影响，暂时还没有一个较为严谨的计算方法。对国内外相关试验进行研究，屋面蒙皮作用对于檩条下翼缘扭转失稳存在一定的约束，而且这个约束作用非常显著。除此之外，屋面蒙皮作用也可以用于门式刚架梁的平面外稳定，也就是平面外稳定进行计算过程中，其平面外支点可以直接按照檩条的间距进行。一般来说，平面外计算长度约为3米。墙面压型钢板的蒙皮作用也是研究重点内容之一，在进行门式刚架结构设计中要考虑这一点。然而，门式刚架结构设计和计算中，刚架断面尺寸不是很大，因此非常有必要对墙皮的蒙皮作用进行考虑。

4.3板型设计

板型设计时需要对建筑物的外观，以及建筑物的使用效果进行考虑，比如说屋面板施工过程中若是采用了暗扣式的压型彩板，该压型彩板实际上为咬边隐蔽的连接方式，具有防水、防腐以及防风的特性，因此和其它板型相比较而言具有较大的优势。经过咬边成型后，屋面不应当出现螺栓孔，确保屋面板每一处的使用寿命是相同的，屋面板表面光洁而又美观。所以，在进行板型设计时一是要注意写明板所用材料，二是要注明何种板型。

4.4包角和屋脊的设计

门式刚架结构设计中，如果包角设计的不合理，会对其外观效果和使用性能产生较大的影响。压型钢板屋面偶尔会出现漏水的问题，问题主要存在于屋脊处，因此在设计时要考虑一下其它做法，比如双层屋脊盖板，一方面能避免风力作用下出现雨水倒灌的情况，另一方面避免上层屋脊盖板涂敷密封膏不严而出现漏水的现象。

5、结语

综上所述，门式刚架结构设计中，最主要的是要做好优化设计工作，一方面要合理布置刚架结构，对结构进行准确设计；另一方面要对细节进行处理周到。因此，本文对有关门式刚架结构设计中应当注意的问题进行分析和探讨，以期对于门式刚架结构的广泛应用，起到一定的理论指导意义。

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