有关轻型门式钢架结构的稳定性问题分析
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摘?要：早在上个世纪六十年代我国就开始出现轻型门式钢架建筑结构，其发展鼎盛时期为九十年代，该时期我国彩色钢板产量不断增加，出现了焊接H型钢，这此都推动了轻钢结构的发展。本文基于设计的角度讨论轻型门式钢架结构的稳定性，从其结构类型与截面形式着手分析，提出在设计过程中保证其稳定性的策略。
关键词：轻型门式钢架结构；稳定性
一?轻型门式钢架结构类型与截面形式
轻型门式钢架的结构类型包括多种，比如单跨钢架、多跨连续钢架以及多跨中间交接柱钢架等等；其截面形式分为等截面以及变截面两种；柱脚构造则包括铰接与刚接等等，其中刚接的侧向刚度相对较大。根据钢架的梁体截面以及柱体截面的类型不同，其结构可以分为实腹式钢架与格构式钢架丙种，实腹式钢架的梁体、柱体等通常采用H型实腹截面，相对而言刚度较高，不过该结构的用钢量比较多，无形中也增加了建筑成本；而格构式钢架通常采用小截面角钢或者钢管等构件，其梁体与柱体的截面为格构式，该结构用钢量相对较少，但是加工、制作工艺复杂，通常大跨度钢架会选择该结构。除此以外，钢架梁、柱的截面还有其它空腹结构的形式，比如蜂窝梁或者蜂窝柱等，不过应用于实际工程序的机会比较少。
二?提高轻型门式钢架结构稳定性的原则
要保证轻型门式钢架结构的稳定性，就要遵循以下几点原则：第一，通常构件如果采用门式钢架构，往往其抗弯刚度以及搞扭刚度相对较小，削弱了结构的整体钢度，所以要通过必要措施避免构件出现弯曲或者扭转变形等问题；第二，加强支撑体系与隅撑的设置，强调构件与屋面板、墙面板的连接，保证结构的整体性；第三，锈蚀会削弱结构构件，因此要注意采取相应的防护措施；第四，门式钢架结构的梁柱一般变截面杆件，因此在设计梁柱腹板时要将屈曲后强度的作用充分发挥出来，不宜采用塑性设计。
三?提高轻型门式钢架结构稳定性的具体措施
（一）布置柱网
具体而言，柱网的平面布置要注意以下几点：第一，按照实际的工程要求对门式钢架的跨度进行合理选择，考虑其经济性，不能一味追求大跨度。门式钢架轻型钢结构的用钢量是保证其稳定性的重要参数之一，如果钢架跨度比较小，总用钢量的一半以上由钢架占用，其它的构件所占的比例则相对较小，比如墙架梁、柱间支撑以及屋面支撑等，所以要保证钢架结构的稳定性，就要保证用钢量的合理性。第二，钢架结构中某些部位的用钢量与柱距成正比关系，即柱距越大，用钢量就越大，比如吊车梁，就必须采用格构形式，相应的其用钢量也会大幅增加，甚至超出钢架用钢量；檩条的用钢量也比较大，主要是受长细比要求的影响。由此可见，布置柱网的过程中要针对多个方案加以比较，确定出最佳方案。
（二）门式钢架的荷载取值
通常作用于门式钢架建筑的荷载包括结构自重、雪荷载以及积灰荷载等竖向荷载以及风荷载、吊车刹车力等水平荷载，此外还有地震荷载。不过对于轻型门式钢架结构而言，由于其自重轻，所以受到地震作用是反应也比较轻，因此有利于抗震。
（三）计算钢架内力与侧移
计算钢架内力的方法如下：对于变截面门式钢架而言，其内力可以利用弹性分析法来确定，塑性分析法只适用于钢架梁柱均为等截面的条件下。在计算变截面门式钢架内的内力时，一般会利用杆系单元的直接刚度法在计算机上进行编程计算；采用底部剪力法确定地震作用效应。在结构基于不同荷载组合条件下进行内力分析，确定对截面起控制作用的内力组合。通常柱底、柱顶、柱牛腿连接处、梁端以及梁跨中等位置为控制截面。
侧移的计算方法如下：针对变截面门式钢架来说，可以采用弹性分析法确定其柱顶侧移，计算过程中可以忽略荷载分项系数，荷载则取标准值。如果经过验算所求取的钢架侧移刚度无法满足实际要求，则要采取相应的调整措施，比如增大柱或梁的截面尺寸，或者用刚接柱脚代取铰接柱脚。
（四）设计檩条、拉条以及撑杆
1. 檩条的设计
檩条为双向受弯构件，分析其内力时要沿着截面两个形心主轴方向进行弯矩计算，并计算出其它参数，比如强度、整体稳定性以及变形等。檩条为冷弯薄壁构件，压弯板件宽厚比相对较大，受力后会呈屈曲状态，因此计算强度时要选择有效宽度，减弱原有截面；并且计算强度时要用净断面，可以通过钉孔的方法减弱截面，对于小截面窄翼缘的梁来说，这种减弱的影响还是比较大的。利用全截面进行钢架的整体分析，假如计算强度过程中未采用净截面，则要相应提高实际应力。此外，要考虑到檩条的作用不仅仅是用于支撑屋面板或者悬挂面板，其对于钢架梁柱隅撑也起到相应的支撑作用，添加相应的隅撑，可以有效缩短钢架平面外的计算长度，从而提升钢架平面外整体稳定性。
2. 拉条与撑杆的设计
檩条的侧向刚度决定是否需要设置拉条，一些轻型H型钢或者空间桁架式檩条，由于其侧向刚度相对较大，因此没有设置拉条的必要；而有些檩条为实腹结构或者例用过程中出现侧向变形、扭转等问题，其侧向刚度相对较差，则要在檩条间设置拉条作为侧向支撑点，可以有小减轻安装、使用檩条过程中所产生的侧向变形与扭转，提升结构的整体稳定性。如要檩条的跨度不超过4m，可以按照计算要求选择是否设置拉条；如果屋面坡度大于1/10且檩条的跨度超过4m小于6m，可以将拉条设置在檩条跨中位置；如果檩条跨度大于6m，最好在檩条跨度三分点处分别设置一道拉条，并且檐口处也要设置斜拉条。按照荷载与檩距的大小确定拉条的直径，通常在8-12mm的范围内。
檩条撑杆的主要作用是限制檐檩以及天窗缺口位置的边檩向上或者向下的侧向弯曲，可以利用钢管、方管或者角钢制作撑竿，也可以在钢管内设置拉条，需要注意的是撑竿处要同时设置斜拉条。
（五）屋面支撑与柱间支撑
通常屋面支撑受力相对较小，所以可以根据容许长细比选择杆件的截面。按拉杆设计交叉斜杆或者柔性细杆，采用单角钢截面；而非交叉斜杆、弦杆、竖杆、刚性系杆等则按照压杆设计，则采用双角钢所组成的十字形或者T形截面。如果屋架的跨度比较大，且房屋较高、风压比较大，则要根据桁架体系计算出的内力确定杆件截面。支撑杆件内力的计算过程中，可以设其受到水平荷载的作用，只有拉杆受力，交叉斜杆中的压杆处于不受力状态。
在房屋结构设计中，其支撑分为上下两层，计算上层支撑时根据柔性拉杆计算支撑腹杆，以防止支撑刚度过大提高温度应力。对于交叉体系的下层支撑而言，如果吊车较小通常采用圆钢，角钢或者槽钢用于吊车较大的条件下。如果吊车较大，则按照拉杆设计的方法进行交叉斜杆的设计，以提高房屋的纵向刚度。
（六）设计隅撑
设计隅撑的主要作用即防止梁的下翼缘、柱的内侧翼缘出现失稳的情况。由于钢架斜梁受力出现变化，所以要设置隅撑。通常梁受力特点为上翼缘受压、下翼缘受拉，其受到恒荷载与活荷载的组合作用，因此檩条有效的连接钢梁，提高了梁上翼缘的稳定性，通常取两倍的檩条间距作为梁的平面外计算长度即可。不过当风吸力荷载作用于结构时，下翼缘受压、下翼缘受位，此时没有平面外支撑，也就无法保证下翼缘的稳定性。由此可见，要在梁的下翼缘位置加设隅撑，为其提供支撑，以保证其稳定性。具体作法为隅撑的一边连接梁的下翼缘，一边连接檩条。
参考文献：
[1] 陆赐麟.轻钢结构的重量应该更轻[J].建筑结构，2009（10）
[2] 王国周,瞿吕谦.钢结构——原理与设计[M].北京：清华大学出版社，2003
[3] 宋曼华.钢结构设计与计算[M].北京：机械工业出版社，2004
[4] 戴显吾. 单层轻型门式钢架结构的设计要点[J].黑龙江科技信息,2010(7