浅议门式钢架结构设计

浅议门式钢架结构设计

谭萃华

谭萃华

广东新豪斯建筑设计有限公司广东广州510000

摘要：随着工业的发展，越来越多的厂房出现在我们的生活周边，而大部分厂房都采用门式钢架结构。从客观的角度来分析，门式钢架是钢结构设计的重要组成部分，并且在应用的范围上非常广泛，为了更好的完善建筑结构设计体系，应坚持对钢结构的问题和不足做出深入的分析，而后选用针对性的手段来改善、解决。门式钢架结构是工业建筑中常见的体系，文章针对门钢在结构设计中存在的问题展开讨论，并提出合理化建议。

关键词：门式钢架；建筑；设计

结合《河南恒大索菲亚定制家居一期项目5#工程车间A》分析

工业化是现代化的核心内容，是传统农业社会向现代工业社会转变的过程。除了各座城市的高楼如雨后春笋的耸立，工业建筑也在发芽。比如广东韶关，工业建筑的发展几乎是韶关市经济发展中最突出的问题。从某种程度上分析，进一步完善与分析钢结构规范，对工业建筑的发展可以起到明显的经济效益。但是钢结构自身存在的特殊性较为显著，国内的规范也在改进，比如2018年7月即将实施新版钢结构规范，这都证明我们不断在改善钢结构在设计中所遇到的问题。

一、门式钢架的特点

门式刚架轻型房屋钢结构属轻型钢结构的一个分枝，这种结构型式的主要特点是：体现轻钢结构轻型、快速、高效的特点，应用节能环保型新型建材，实现工厂化加工制作、现场施工组装、方便快捷、节约建设周期；结构坚固耐用、建筑外型新颖美观、质优价宜、经济效益明显；柱网尺寸布置自由灵活、能满足不同气候环境条件下的施工和使用要求。

二、门式钢架在结构设计中遇到的问题

（一）工程概况

项目名称：河南恒大索菲亚定制家居一期项目5#工程车间A

该项目位于河南兰考，抗震设防烈度为7度，地震加速度0.15g，设计分组第二组。地面粗糙度B类，基本风压0.45KN/㎡，基本雪压0.35KN/㎡，场地特征周期0.55s。抗震构造措施按8度（0.2g）（丙类建筑）。

该项目分成三部分：北部混凝土柱+钢屋面，首层是混凝土框架结构，二层是混凝土柱钢梁的排架结构；中部是檐口高度为8.5米的单层双坡门式钢架，北面是檐口高度12.8米的单坡门式钢架。

（二）简述在结构设计中遇到的问题

钢结构是一眼看过去觉得博大精深，但只要理清头绪，就会知道这个结构的概况，但是要设计出一份完美的图纸几乎是不可能的，因为钢结构会涉及到许多问题。下面简单讲述我在设计河南兰考索菲亚5#工程车间A中所遇到的几个问题：

1.柱间支撑、屋面支撑的设置。柱间支撑的作用是组成坚强的纵向构架，保证单层厂房钢结构的纵向刚度；承受单层厂房钢结构端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区还承受纵向地震作用，并将这些力和作用传给基础；可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。我们一般在两端设置柱间支撑，当温度区段比较大但不超过90m时中间加一道，超过90m则在1/3点各设置一道。设置柱间支撑的时候要避开门洞，若不能避开，则将十字交叉型柱间支撑改为八字式或门架式。兰考索菲亚5#工程车间采用的是门架式，如下：

2.雪荷载的取值及荷载组合。兰考索菲亚5#工程车间是有女儿墙的屋面。根据12荷载规范计算积雪分布系数Ur，计算出雪荷载。对可能出现的荷载进行工况组合，如均布荷载，左右两坡不同的分布系数，按有女儿墙计算的端部三角形荷载等多种情况分别与恒载活载进行组合。

3.屋面檩条的计算。本工程主要采用C型及Z型冷弯薄壁型钢的实腹式檩条。计算时注意边跨采用简支形式而中间跨采用连续檩条，且要考虑边跨的三角形雪荷载的影响。计算檩条包括檩条的强度（考虑拉条的作用）；檩条整体稳定；檩条刚度；檩条的连接及构造。墙面檩条与屋面檩条相似，设计时要注意建筑的采光井，门窗洞口。

4.支撑系统。在每个温度区段或者分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系；在设置柱间支撑的开间时应同时设置屋盖横向支撑以组成几何不变体系；屋盖横向支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。当端部支撑设置在第二个开间时，要在第一开间的相对位置设置刚性系杆；钢架转折处宜沿房屋全场设置刚性系杆。支撑系统的主要作用是：1）纵向刚性系杆传递纵向水平力。2）水平支撑形成局部刚域，抵抗在柱间和屋面梁间传递的水平力作用。3）隅撑的作用则为约束I型截面远端翼缘板，起到远端翼缘板平面内支座作用，避免形成局部屈曲；或出平面支点作用，减小翼缘板的出平面计算长度，从而控制出平面稳定性。4）全部支撑系统与檩条或墙梁以及刚架一道组成空间体系，参与空间协同工作。刚性系杆构件主要选用型钢和钢管，与刚架通过螺栓铰接，截面大小一般按压杆稳定性要求或通过受力计算来决定。

门式钢架还有许多有意思的问题，在选择门式钢架轻型房屋屋面坡度，与门式钢架的跨度都有讲究。这里的讲究就包含了许多经验与学术结论，更多的需要我们积累设计经验，积累更多的知识来探索与深化其中的知识。

（三）钢结构抗震设计特点

地震是一种自然现象，一种无法阻挡的灾害，它带给世界人类的损失是巨大的。在同等场地，地震烈度（seismicintensity）条件下，钢结构房屋的震害要较钢筋混凝土结构房屋的震害小的多。钢结构的震害主要有节点连接、构件、结构整体倒塌三种形式。因此，在结构设计时要注意梁柱节点，支撑的节点板设计。支撑是框架支撑结构中最主要的抗测力部分，当地震发生时，支撑首当其冲承受水平地震作用，如果支撑破坏，将会造成严重后果。构件的破坏主要有整体失稳，局部失稳及断裂破坏。

我国在GB50011-2010<《建筑抗震设计规范》（2016年版）的第8、9章及附录G、H对不同的钢结构体系都有规定相应的抗震构造措施，主要就是限制受压构件的长细比、梁平面外的长细比、构件组成板件的宽厚比、采用措施增强连接节点的承载能力等达到结构在遇到罕遇地震作用下能承受较大的往返复塑性变形、吸收及损耗地震输入的能量。在兰考索菲亚5#工程车间中，采用的是8度（0.2g）设防烈度。

三、门式刚架结构在建筑结构设计中的要点

门式刚架相较于钢筋混凝土结构有如下特点：1）质量轻。维护结构采用亚型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢材，屋面墙面都很轻，相应的地基反力就很小，除了比较经济之外，上面也讲到相同烈度地震反应小。2）工业化程度高，施工周期短。构件与厂家合作，现场安装，施工方便，工期短，资金回报快。门式刚架结构有点很多，在设计中要考虑运输及安装的问题，要注意各种连接节点的设计问题，施工中的偏差容易导致地脚螺栓的移位，而导致桩承台的偏心受力；梁柱节点的螺栓孔与螺栓的错位导致安装不上；此外，在设计中也要考虑钢结构的养护问题，钢材的锈蚀导致构件承载力的削弱影响；，门刚多采用变截面杆件，因为在设计时考虑了梁柱腹板屈曲的强度，塑性设计不再适用；还有就是保证结构的整体稳定，明确各类构件的传力，对各类构件，节点的受力要清晰，设计时体现计算与受力体系构造的一致性。

总结：

随着工业化的发展，门式刚架会因为它的优势越来越普及。在现阶段的发展中，已经产生了很大的积极作用。日后，应继续对门式钢架乃至钢结构开展深入的研究，规避钢结构在设计及施工中出现的各种问题，要最大限度的提高设计的综合效用。相信在未来的发展中，门式刚架结构会形成设计，施工，养护，资金回笼的工业化产业链。

参考文献：

[1]钢结构设计原理/张耀春主编.——北京：高等教育出版社，2011.1（2012.12重印）

[2]《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

[3]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）

[4]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015