门式刚架轻钢结构设计问题分析

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摘要：门式刚架轻钢结构最大的优点就是成本低、施工时间短，目前门式刚架轻钢结构已经广泛地应用在工业、商业设施中。门式刚架轻钢结构在发展的过程中还有很多问题有待解决。文章通过分析选材、整体变形、柱间支撑等内容深入研究门式刚架轻钢结构设计中可能出现的问题，从中提出一些可行性建议，为以后的设计提供帮助。

关键词：门式刚架；轻钢结构；设计

门式刚架轻钢结构是近几年新出现的一种结构形式，主要以等截面、变截面的焊接H型钢为主，在现场用螺栓或焊接、拼接的门式刚架作为主要承重结构，在加入一些门窗、零件等物件形成一套完整的建筑体系。门式刚架轻钢结构能够根据用户的实际要求在现场进行拼装，不仅如此还能在工厂里面批量生产。

1屋面结构荷载设计

屋面恒载就是指屋面材料自身的重量，屋面恒载主要包括支撑系统和屋面板等。自重主要为0.02kN/m2，不同的屋面板和屋面构造的材料自重差别比较大。在《钢结构设计规范》文件中提到屋面活荷的活荷载取值为0.5kN/m2，当屋面受力构件的受荷面积大于60m2的时候正好符合要求。现在我国在设计的时候并没有规定设计的规范，所以不建议在屋面活荷载取值中挖掘潜力。

2屋面吊挂荷载设计

屋面吊挂荷载设计就是指吊挂在屋面钢梁和钢柱的灯具等内容。其中大型电缆桥架和工艺管道里面都应该吊挂在屋面钢梁上。行车直接吊挂在屋面钢梁下。灯具吊挂的荷载一般都会在0.05kN/m2，行车和工艺管道需要根据实际取值进行。

3屋面均布荷载导荷设计

现在很多设计师在设计的时候都会忽略一个问题就是屋面刚架的局部荷载导荷问题，认为第一开间的屋架的受荷面积会和屋面中间的受荷面积一样。但是实际上并不是这样的。当屋面使用简支檩条的时候导荷方式比较正确，但是当连续檩条进行的时候导荷方式就是错误的。

4门式刚架轻钢结构设计中对材料的选择

4.1门式刚架轻钢结构设计中对钢材材料的选择

在选择材料的时候可以有以下几种情况：当计算所需要的梁柱截面受强度控制时要选择高强度的钢材；当计算所需要的梁柱截面受变形控制、稳定控制时要选择低强度的钢材。在选择材料的时候还需要严格遵守《规程》规定进行选择，对于门式钢架、墙梁等构件要使用Q235-B以上等级的钢材料，Q235-B以上等级的钢材料在使用的时候不会受到低温环境的影响。

4.2门式刚架轻钢结构设计中对焊接材料的选择

在选择焊接材料的时候不需要选择出具体的牌号，只需要根据母材的类型选择相匹配的等级焊条。如果是要直接承受动力载荷的焊条在选择材料的时候要选择低氢型的焊条来进行设计。

4.3门式刚架轻钢结构设计中对螺栓材料的选择

在选择钢结构主材的时候要选择高强度的螺栓。选择的时候还需要注意螺栓的性能和摩擦系数。

4.4门式刚架轻钢结构设计中对钢架截面的选择

在满足钢架截面的时候要先考虑强度、挠度等因素，之后再满足局部稳定的要求。在选择钢架截面的时候不能因为减少用钢量而改变截面构件的截面高度，在选择的时候可以参考《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》《钢结构设计规范》等文件内容。

5门式刚架轻钢结构设计中的相关问题

5.1中柱间支撑的布置

门式刚架轻钢结构设计进行的时候柱间支撑和屋面支撑要布置在同一柱间上，这样可以让刚架更加的稳定。在布置的时候第一柱间和第二柱间之间要设置一个刚性系杆，刚性系杆和抗风柱沿位置要保持一致，这样在使用的时候能直接传递风荷载。在刚架转折的地方也要设置相应的刚性系杆。特别需要注意的是如果因建筑自身原因没有办法设置柱间支撑，就需要用纵向刚架来代替。

5.2荷载取值

屋面恒载指屋面材料本身的重量，一般在0.04~0.06kN/m2之间，不同的屋面材料自重也会不同，在计算屋面恒荷的时候需要根据不同材料有针对地进行计算。一般发达国家在计算的时候规定门式刚架轻型钢结构的房屋在设计的时候还需要考虑一定的附加荷载，附加荷载能够解决日常生活中出现的一些突发情况，但是我国在这方面还没有相关的规定，所以不建议在设计的时候参考发达国家的规定。

5.3钢梁分段

门式刚架轻钢结构设计的时候很多设计师都认为应该把钢梁的拼接节点设置在钢梁弯矩最小的位置处，这种设计会影响拼接节点的质量。因为在超静定结构里面构件的变化会直接影响结构弯矩。门式刚架轻钢结构在设计的时候可以先把钢梁分成三段之后再通过计算软件分别对这三段钢梁进行计算，得到相应的恒荷弯矩图。根据图片显示能够发现钢梁不同，结构弯矩也不同。设计人员在设计的时候要先确定钢梁的分段之后在进行加工，这样可以减少很多拼接点出现。因为拼接点越多，加工的程序就会越烦琐，所以在设计的时候需要注意不要把钢梁分成单件，单件的形状比较复杂，不容易校正。钢梁还需要根据实际运输的要求进行分段，一般如果使用公路运输，构件一般在11m左右，不宜过长，不然在运输的时候容易给车辆拐弯带来麻烦；如果是轮船运输或者是火车运输，其成本也有增加很多。不仅如此，这2种运输方式在长时间的运输下还会使构件变形。钢梁分段还能方便安装，在分段拼接的时候需要注意避开屋面支撑和抗风柱等位置，杆件尽量不汇在一处。因此，钢材分段不同会直接影响结构受力和用钢量的产生，设计人员在设计的时候需要综合性的进行考虑，通过计算、对比选择出一个最经济、合理的方案来进行设计。

5.4檩条设计

在设计檩条的时候可以用螺钉连接的金属屋面板作为侧向支撑，选择的金属屋面板一定要符合实际的要求。在设计时不需要考虑整体稳定性，只需要考虑上翼缘受压的檩条计算檩条的强度即可，特别需要注意的是压型钢板和连接件之间如果是滑动的状态就不能成为檩条上翼缘的支撑。在设计的时候还需要注意在实际条件允许的时候尽可能使用连续檩条的布置方案，这样不仅能够减少檩条耗钢量的使用数量还能增加结构的整体性。

5.5蒙皮效应

如果建筑在施工的时候屋面和墙面的材料使用的是压型钢板，就要在平面里面使用支撑系统来进行处理。在蒙皮设计进行的时候会涉及以下内容：连接件、螺钉间距、孔洞面积等。因为在实际工作的时候会随时有意外发生，所以支撑系统也需要根据实际情况进行改变，但是在改变的过程中会比较麻烦，因此建议蒙皮效应只能作为一种储备方案进行使用。

5.6整体变形

现在我国在《规范》文件里面只对刚架横向柱顶水平位移内容提出了限制要求，但是并没有限制纵向位移，在门式刚架轻钢结构设计的时候要重点考虑变形问题，设计的时候还需要注意刚性的门架不能用圆钢来进行支撑。

5.7柱脚的抗风措施

门式刚架轻钢结构在设计的时候还需要考虑柱脚作用力，特别是在一些纵向尺寸小的房屋更加需要注意，同时还需要采取可靠的抗拔措施来减少柱子拔起的发生情况。在一些风比较大的地方还可以设置锚栓端部设锚板来改变现状。

5.8山墙刚架的计算模型

山墙刚架包括：钢梁、钢柱、抗风柱三部分，在计算的时候要先看清抗风柱和钢梁之间的连接方式，连接方式不同，计算模型也不同。抗风柱和钢梁连接方式主要有以下几种：第一种通过弹簧片进行连接，弹簧片连接的时候竖向荷载力主要由刚架承受，抗风柱负责山墙水平方向的荷载，在这种连接模式下刚架用钢量越大，抗风柱的用钢量就越小；通过抗风柱的柱顶和钢梁进行连接，这种连接方式竖向承载力会由抗风柱和刚架共同承担，因为一部分的承载力被抗风柱分担出去所以在计算的时候需要把抗风柱平面承受的风荷载能力计算在内，这种连接方案在使用的时候会增加抗风柱用钢量。在实际设计时设计人员需要根据情况选择合适连接方式，不能2种连接方式同时使用，连接方式同时使用不仅不会带来好处，还会给门式刚架轻钢结构安全带来隐患。

6门式刚架房屋钢结构设计需要注意的事项

（1）在防水方面需要注意坡度问题：在测量坡度的时候一定要有规范型，最好的范围就是在1/8~1/20之间。在施工设计的时候为了更好地节约成本需要尽可能地将坡度降低，减少漏水情况发生。（2）在屋脊垂直程度上需要注意考虑垂直度，要先把房屋结构分成若干段，在通过横截面测量出水平值和纵向值，保证水平值和纵向值在规定的范围内。（3）设计檩条测算数值中需要注意檩条的弯曲程度，檩条在受到外力挤压的时候会影响屋彩板的结构，弯度的数值会增加，所以在测量檩条的时候一定要宽度适中，这样才能更好地减弱横截面。（4）施工单位在设计砼支时一般都会使用钢筋混凝土砼支撑柱，把螺栓和支撑柱连接在一起，这样可以更好地减少施工材料的成本。但是因为混凝土比较脆，所以需要添加钢筋材料的帮助来提高弯矩荷载能力，在连接的时候也要注意外力影响发生的损害。在设计的时候一定要注意砼柱和钢梁之间连接，这样就可以更好地节约施工的成本，减少连接的构件，减少斜梁变形出现的概率。

7结语

综上所述，在房屋建筑物施工的时候，门式刚架轻钢结构得到了大多数人的认可，因为门式刚架轻钢结构在我国发展的时间比较短，所以在设计的时候设计人员的经验还不足，对一些突发情况也没有解决问题的经验，在以后的时间里面设计人员还需要进一步的进行研究，通过科学的方法对房屋的结构和防水设计进行规范，其次还需要减少房屋施工中不利因素的出现，这样才能更好地推动门式刚架轻型房屋钢结构的发展。

参考文献

[1]郑明星，陈京芳.轻钢结构设计若干问题的探讨[J].钢结构，2005，20（4）：49-52.

[2]周锦泉，张大鹏.轻钢门式刚架房屋设计中的几个问题[J].房材与应用，2005，33（5）：22-23.

作者：刘文天 单位：山东省冶金设计院股份有限公司