门式刚架轻型钢结构设计中存在的若干问题探讨
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[摘 要] 门式刚架轻钢结构以其自重轻、施工速度快和造价低廉等诸多优点深受建筑师、结构工程师和业主的青睐，但在实际设计过程中对常容易忽视某些问题，本文针对这些问题进行了阐述，供设计人员参考。
[中图分类号] TU392.5 [文献标志码] A [文章编号] 1003-1324（2012）-05-0100-03
近年来，门式刚架轻钢结构以其自重轻、施工速度快和造价低廉等诸多优点深受建筑师、结构工程师和业主的青睐，同时随着各种设计软件的发展，门式刚架轻型房屋钢结构设计越来越智能化，造成部分设计人员过度依赖软件，对各类规范不能全面的掌握，从而给工程质量带来很大质量隐患。本文中对门式刚架设计中经常遇到的一些易被忽视的问题进行了阐述，希望能供设计人员在处理类似问题时参考。
1 荷载合理取值是结构设计具有安全保障的前提
1.1 屋面活荷载标准值的取值问题
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002-2002第3.2.2中规定：对受荷水平投影面积大于60m2刚架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取用不小于0.3kN/m2。但同时在《钢结构设计规范》GB50017-2003第3.2.1中规定对支撑轻屋面的构件或结构（檩条、屋架、框架等），当仅有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60m2时，屋面均布活荷载标准值应取为0.3kN/m2。由于《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102-2002为协会标准，属推荐性标准。《钢结构设计规范》GB50017-2003为国家标准，属强制性标准。按照我国相关法律法规，推荐性标准应服从强制性标准，因此，屋面活荷载仅当在“恒+活”这种工况组合中才能取0.3 kN/m2。
1.2 应注意不同条文中对大跨度的不同规定取值
《建筑结构荷载规范》（2006年版）第7.4.1条规定：对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋和基本自振周期T1大于0.25S的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。该处的大跨度屋盖是指跨度在36m以上的屋盖（不包括索结构）。同时应注意到《钢结构设计规范》第8.6节中规定，大跨度屋盖结构系指跨度等于或大于60m的屋盖结构。在确定钢结构的安全等级时，《钢结构设计规范》3.1.3条规定：对跨度大于或等于60m的大跨度结构的安全等级宜取为一级。此处的大跨度也是指大于等于60m。故设计时，设计人员应根据不同情况取相应的数值。
2 基础设计中，部分情况应单独验算
2.1 柱间支撑处柱脚锚栓应单独验算
对有柱间支撑的柱脚锚栓，风荷载作用下的上拔力计算应考虑柱间支撑产生的最大竖向分力，但不考虑活荷载（或雪荷载）、积灰荷载以及附加荷载的影响，且横荷载对结构有利，其分项系数取为1.0。计算柱脚锚栓的受拉承载力时，应采取螺纹处的有效截面面积。对这部分计算大部分软件没有进行验算，设计人员应加以注意。
2.2 抗剪键应单独验算
1）抗剪键设置
当Qmax ≥Nmax×0.4时需要设置抗剪键
2）抗剪键正面角焊缝总长度
3）抗剪键的抗剪截面的确定
抗剪键依据承受的剪力值常用工字钢、槽钢、角钢、钢板做抗剪键，因置方向的不同使得抗剪截面不同，可根据具体构造进行抗剪截面的设计。现有下列公式供参考。
（a）双面焊缝单受剪面如图1所示
（b）双面焊缝双受剪面，如图2所示
式中Qmax——最不利组合时柱根最大剪力；
Nmax——最不利组合时柱根最大轴力；
Lw——抗剪键正面角焊缝总长度；
hf——焊脚尺寸
ffw ——角焊缝强度设计值；
fv——钢材的抗剪强度设计值；
t ——钢板或角肢抗剪面厚度；
βf——正面角焊缝的强度设计值增大系数，可取 βf=1.22
3 檐口天沟排水能力计算
轻钢厂房因天沟设计断面不合理导致溢水至室内的情况经常发生，其主要原因是设计时未根据当地情况计算，可利用马宁公式计算天沟的雨水处理能力，提供下列计算过程供参考。
1h 排水量=速度×天沟横断面面积×时间
根据马宁公式，速度
式中 n——粗糙度，n=0.012
R——水力半径。
R=
i—坡度，i=0.005
单元每小时降雨量=降雨面积×降雨强度
要求1h 排水量≥单元每小时降雨量
例如，假设设计降雨量为254 mm/h，天沟的规格与形态为宽650㎜×高350㎜直四角型。落水管间距16m，屋面长96m。天沟的坡度i=0.005。计算过程如下：
水力半径 ；
平均流速 =1.7257m/s
1h雨水处理能力=1.7257m/s×0.2275m2×3600s=1413.3m3
1h降雨量（以落水管间距16m为基准）=16m×96m×0.254m/h=390m3/h
天沟处理能力1413.3 >最大降雨量390m3，可满足排水要求。
4 柱顶系杆与支撑系杆要进行单独验算
刚性系杆的选型由受压构件的允许长细比来控制。但要注意的柱顶系杆与支撑系杆要单独验算复核。下面给出单阶柱十字交叉支撑在不考虑地震作用时这两种系杆的内力计算公式。十字交叉支撑在不考虑地震作用时，一般假设支撑仅承受拉力而不承受压力，支撑杆件受压退出工作，其计算简图如下（图3），图中虚线杆件为受压杆件。
柱顶系杆