1、门式刚架轻型钢结构设计中有关问题的探讨摘要：本文通过对实际工程的设计和对规范、规程的学习，阐述了对几个有关设计方面的认识和体会。 关键词：风荷载体型系数；隅撑位置；蒙皮效应 中图分类号:TU391 文献标识码:A 文章编号: Abstract: Based on the actual engineering design and specification, for learning, expounds the realization of several relevant design and experience. Key words: shape coefficient of wind
2、load; knee brace position; skin effect 门式刚架轻型钢结构以其自重轻、施工速度快和造价低等诸多优点在工业厂房、仓库、商业场馆等工程项目中得到了迅速广泛的推广应用，取得了较好的社会效益、环境效益和经济效益。然而与其迅速发展的形势形成鲜明对照的是钢结构专业人才的缺乏，及其专业素质欠佳、实践经验不足和理论水平亟待提高，致使在设计和施工中存有较多的不尽合理的现象，有的甚至造成工程质量事故。为此本文结合具体的工程实例，对一些设计方面的有关问题加以分析和探讨，已达到解疑释惑之目的。 风荷载体型系数的取值 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:2002 附录 A
3、 中明确指出“对于门式刚架轻型房屋，当其屋面坡度不大于 100（注：规程规定屋面坡度宜取 1/81/20，其最大值为 7011100） ，屋面平均高度不大于 18m，房屋高宽比不大于 1，檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸时，风荷载体型系数应按附录 A.0.2 规定采用” 。此时为什么不按建筑结构荷载规范GB50009-2001 取值呢？在该规程的条文说明附录 A 中指出：分析研究表明，当柱脚铰接且刚架的小于 2.3 和柱脚刚接且小于 3.0 时，采用 GB50009 规定的风荷载体型系数进行刚架设计偏于安全，既然偏于安全是否意味着，高度小于 18m 的刚架，只要满足以上条件，就可以直接采用 G
4、B50009 中规定的风荷载体型系数进行刚架的计算呢？我们以为，偏于安全的计算结果会使轻钢结构的梁柱截面相应增大，不仅提高工程造价，更重要的是失去了轻型钢结构的重量轻的最大特点，也就违背了轻钢刚架不计算抗震作用而是以风荷载作用为主计算的基本假设。因此，这就是刚架高度在 18m 以下均采用附录 A 所规定的风荷载体型系数计算的根本原因。 由上所述的刚架高跨比的数值限制可知，在相同跨度的情况下，门式刚架的高度越高，就越接近适用 GB50009 的风荷载体型系数的规定，因此当门式刚架轻型钢结构高度大于 18m 时，就不再使用附录 A 的公式进行计算，同时它也突破了轻型钢结构的基本使用条件，而必须按钢
5、结构设计规范的规定计算。由我院设计的山东贝尔华韵医药公司物流中心仓库的 24m 高，跨度 24m 的门式刚架之风荷载取值，就是根据钢结构设计规范和建筑结构荷载规范的有关规定进行设计的。 隅撑位置的分布 隅撑的作用是保证刚架梁柱受压翼缘平面外的稳定性，因此隅撑的位置应布置在无檩条支撑的受压翼缘区段，即梁的负弯矩区和柱的部分较大负弯矩区。多设（在有檩条支撑的部位）和不设（在檐口位置的刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近，或有柱支撑的屋脊处）都是不恰当的。隅撑设置的间距不应大于相应受压翼缘宽度的倍。因为檐口结点处斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘连接处是出现屈曲（是引起破坏的原因）的关键部位。在应该设置隅撑的位置加设
6、隅撑十分重要，若不设置则必须采取增大构件截面等保证刚架稳定的有效措施。隅撑应根据规程CECS102:2002 之 6.1.6 条第四款按轴心受压构件计算。当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取上述值的一半。在通常情况下，由于 N值较小，隅撑可按构造要求选用，一般可取 L50X3 冷弯角钢。在上节所述的物流中心仓库的工程项目中，因刚架实腹梁柱被支撑翼缘的截面面积较大，经计算所采用的隅撑断面为 L50X5 的角钢。 刚性系杆在刚架柱间的设置 当门式刚架轻型钢结构的支撑体系（屋面横梁上弦横线水平支撑和刚性水平系杆、及柱间支撑）在设计中都已完备的情况下，当刚架高度不高，柱间仅有一道柱间支撑时，在柱
7、顶（即刚架转折处）沿房屋全长均设置刚性系杆即可满足传递纵向水平力的构造要求。但在刚架高度较高，相对于柱间距较大，柱间设置二道或三道柱间支撑时，在每道柱间支撑的层间处，是否也沿房屋全长设置刚性系杆，是值得进一步研究讨论的。主张不设者认为：有墙面檩条和压型钢板面层的整体刚度作用（蒙皮效应）和柱间支撑的作用就能有效传递刚架柱的纵向水平力，刚架在安装和使用中的整体稳定性和纵向刚度足以得到保证。然而，支撑的作用还在于要为刚架平面外提供可靠的支撑，以减少刚架平面外的计算长度，有利于阻止柱平面外的失稳。因此，在柱间支撑处沿房屋全长加设一道或二道刚性水平系杆，应是可取的技术措施。我们在设计上述物流中心仓库时，
8、就在柱间支撑层间处加设了上下两道沿房屋全长的140X4 的钢管刚性系杆。 当屋（墙）面压型钢板与檩条可靠连接后，形成一深梁，能有效传递屋（墙）面的纵横向的水平荷载，而提高屋（墙）面的整体刚度，这种现象称为蒙皮效应。由于蒙皮效应的影响因素很多，并非在任何情况下都能正常发挥作用，特别是柱间支撑是承受较大的纵向力的主要构件，蒙皮效应的作用较小，在计算中最多只能视为一种刚度储备而不参与受力计算。 对结点设计的认识 正确合理的结点设计，使结构成功的获得预期性能起着关键作用。在节点及其连接的设计中，选择适当的构造形式和合理的计算方法，是符合计算模型、满足结构安全和实现经济效益的重要保证。 4.1 柱脚 C
9、ECS 规程中给出了铰接和刚接的两种柱脚形式，判断柱脚的形式应是以柱脚本身的刚度和锚栓的位置和数量确定的。柱脚形式的构造恰当与否直接影响设计所取的计算简图，但在工程实际应用中，即使作为铰接柱脚或刚接柱脚计算，也并非是理想的铰接和完全的刚接，仅是近似的处理而已。 4.2 梁柱结点 梁柱拼接结点是门式刚架的关键部位，它因承受较大的固端弯矩，所以该结点应有足够的刚度保证和结点板厚度，须经计算求得，一般情况下，板厚不宜小于拼接螺栓的直径。为减少节点板的计算厚度，可适当增加加劲肋。梁翼缘板与结点端板必须采用全熔透对接焊，按二级焊缝检验质量。 4.3 梁连接结点 梁因跨度较大，必须设置连接结点，根据弯矩包络图，结点连接位置最好选在受力较小的弯矩反弯点处，为运输方便和满足受力要求，物流中心仓库的刚架横梁连接点就选在了梁跨的四分之一处。但在屋脊结点处因是梁的转折点，必须设置连接结点，所以对于梁的各处链接结点必须是连接紧密（连接托板要刨平顶紧，以传递剪力）保证有足够的刚度。 5、结束语 在加深了对以上轻钢刚架设计中应注意的四个问题的认识和理解之后，我们在贝尔医药储运车间的工程中，设计了 24 米高，24 米跨的门式钢架，现已施工完毕，即将投入使用，以接受工程实践对理论的考验。
