1、轻型门式钢架厂房结构设计探讨【摘要】近些年来，伴随着人类社会科学的发展以及工业化的蓬勃发展，人们对材料运用在需求形式方面上升到了前所未有的新高度，然而轻型门式钢架厂房结构设计的出炉，为人们解决了持久的困惑，得到广泛应用，在某些方面甚至取代了混凝土排架结构，因此轻型门式钢架厂房结构设计越来越受到了人们的重视。本文在浅层设计基础上，通过实地考察，深入研究，总结出来了轻型门式钢架厂房结构的设计技巧,原理,以及优劣性。 【关键词】轻型结构，钢结构，新型工业材料，厂房设计，结构特点，原理 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 前言 门式钢架轻型钢结构是一种新型建筑结构形式，轻型门式钢架房屋
2、结构在我国的应用已经有几十年了，在近些年来随着工业的迅猛发展，此类建筑结构形式在国内得到了广泛的关注。但为何直到近些年来，这种结构才被广泛应用呢？主要原因是因为钢质结构本身的特性，尤其是腐蚀性强这一不可避免的缺性，这严重影响了其耐久性，以至于后来还会产生严重的安全隐患。但科研人员通过总结钢结构工业厂房的常用防腐技术与介绍新型防腐技术,从基础上出发，在防腐施工上下足了功夫，并提供了多重选择,从而达到减少因腐蚀造成的经济损失与安全隐患,延长钢质结构工业厂房的使用周期与寿命,做到了安全第一，并保证工业的正常生产。因此门式钢架轻型钢结构对工业生产做出了很大的贡献，有着重大的意义。 门式刚架为一种传统的
3、结构体系，该类结构的上部主构架由刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等部件构成。门式刚架轻型房屋钢结构的特点也十分突出，主要是受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等。因此主要应用于轻型的厂房、仓库、体育馆、活动房、展览厅、加层建筑等工业与民用建筑中。门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国,经历了近百年的发展，目前已成为设计、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。 结构设计流程 确定柱网布置 如何按照特定的要求对柱网进行平面布置是轻钢厂房结构设计中首先要解决的问题。在尽可能满足厂商生产工艺以及使用功能方面，应该根据房屋的高度确定合理的跨度。通过曾经多个工程的设计实践
4、，在轻型门式钢架厂房设计过程中对柱网安排得出了一些重要结论：在设计门式钢架的过程中应该根据实际情况去选择较为经济节约的跨度，不要盲目的去追求大跨度。对轻型门式钢架钢结构而言，最主要的是钢架用钢量，当钢架跨度较小时，钢架用钢量有时最大可占总用钢量的三分之二左右，而其它各单用钢量，尤其是屋面支撑、墙架梁、柱间支撑，其用钢量所占比例较小，因此，在设计门式钢架时应做到设计精确，使用合理。在设计过程中增大柱距，其它各部分结构的用钢量也都会增加，尤其是吊车梁，由于它的柱距较大，必须采用格构形式，因此其用钢量所占比例较大，而且最终超过了钢架本身的用钢量。而后是檩条，由于其细长比列的要求，也会加快用钢量。综合
5、各项用钢量，设计时可以做出多种方案进行比较，最后得出最佳方案进行选择。 2轻型门式钢架的荷载 水平荷载是一种主要的荷载方式，它主要分为吊车刹车力和风荷载等，另外还有竖向荷载，它分为结构自重、积灰荷载和雪荷载等，其它的还有水平和竖向的地震荷载。轻便是钢的特征之一，但是由于轻钢结构的这一特征，它对于地震波的反应也比较轻，这一点对于抗震来说非常的有利。 3门式钢架侧移和与力的计算方法 （一）侧移计算方法：侧移的计算主要是采用弹性分析的方法，这样既简捷，又能很好的确定变截面门式钢架的柱顶侧移，计算时荷载量应该按规格取标准值，其它荷载的分项系数暂时不用考虑。如果说最后在验算时钢架的侧移刚度无法满足要求，
6、需采用放大柱或者梁的截面尺寸的措施来进行调整。 （二）内力计算方法：对于变截面门式钢架，它的内力是必须要确定的，在确定各种内力时采用的是弹性分析的方法，而塑性分析方法只有当钢架的梁柱全部为等截面时才允许采用。通常采用杆系单元的有限元法编制程序上机来计算变截面门式钢架的内力。地震作用的效应可以通过底部剪力法这种老式的分析方法来加以分析确定。根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出不通组合的控制截面内力，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。 4檩条、撑杆和拉条设计 （1）檩条设计 檩条是一种十分特别的构件，它属于双向受力弯曲型，在进行内力检测时需要随着横截面两个主轴方向
7、去计算弯曲度。设计时，应首先进行变形计算和强度计算，在此基础上随后进行整体稳定计算。檩条设计时，要考虑到檩应该是冷弯薄壁的构件，受压力的弯板件的宽厚比较大，在受力时很容易屈曲，强度计算时必须取有效得宽度，要减弱原有的截面。同时在此基础上要考虑到钉孔的减弱性问题，并用净断面计算强度。采用全部截面处理的方式对整个钢架整体进行分析，假如不用净截面进行强度计算，实际应力将会高于计算值。因此在对檩条进行设计时，需要考虑的因素很多，首先檩条不仅仅要作为主要的支撑屋面、板墙面板以及悬挂墙面板的构件，然后它也主要用于有力支撑钢架梁柱，安装一定量的隅撑会很有作用，而且对减少钢架平面外的计算长度十分有效，这样就保
8、证了钢架的平面外整体稳定性 。 （2）檩条的拉条和撑杆设计 拉条的设置：拉条是檩条的一个主要部件，檩条的拉条的设置方式主要取决于檩条的刚度，并且是侧向的，对于侧向刚度较大的轻型钢以及空间复杂的方式檩条一般是可以不用设置拉条的。对于侧向刚度较差的实腹时与平面桁架式檩条，为了减小檩条在安装与使用时的侧向扭转和变形，并且保证整体的稳定性，一般需在檩条间设置拉条，作为一个支撑点。当檩条的跨越幅度小于临界值时，可根据计算要求确定是否需要设置一道拉条；当屋面坡度 i 大于 12 时，而且檩条跨度小于 6 米时，最好在檩条的中间位置或者说跨中位置设置一道拉条；当跨度大于 6 米时，最好在檩条跨度三等分点处各
9、设一道拉条或撑竿，在檐口处还应另外设置斜拉条和撑杆。拉条的直径大概在 10mm 左右，根据不同的荷载和檩距选用大小不同的拉条。 撑杆的设置：檩条撑杆的作用主要是限制天窗缺口处边檩和檐檩向下或向上两个方向进行侧向弯曲。撑竿的长细比例按压杆要求若 小于或者等于 220 毫米时，可采用方管、钢管或角钢做成。目前也有一些采用钢管内设拉条的做法，但撑竿处也应同时设置斜拉条。 5.屋面支撑与柱间支撑的布置 （1）柱间支撑。 对厂房来说：主要分为上层与下层的支撑。柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取 3045m, 当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分
10、点处，且间距不宜大于 60 米。 屋面支撑。 屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。 6.隅撑的作用与设计 隅撑是一个相当重要的角色，隅撑是指连接钢梁和檩条的接近 45 度方向斜撑(在梁上的连接点靠近梁的下翼缘板).隅撑的作用为约束 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。隅撑的作用是为了保证构件的平面外的稳定性，减小构件的平面外计算长度。当横梁和柱的内侧翼缘需要设置侧向支撑点时，可以利用连接于外侧翼缘的檩条或墙梁设置
11、隅撑。隅撑一般采用单角钢制作，按照轴心受压构件设计。隅撑的作用是为了防止受压翼缘（梁的下翼缘和柱的内侧翼缘）屈曲失稳，增加受压翼缘稳定性而设置的。 三、结束语 轻型门式钢架结构厂房的设计，经过对设计要点的把握，使系统配置更加合理，也可便于制作与安装，对于钢材用量也十分节约。因此轻型门式钢架结构的优点颇多，比如轻便，造价便宜，迅速，施工快捷等，并且随着科学与工业的持续并进，这种结构在工业厂房中得到较为广泛的应用 。 参考文献： 1陆赐麟， 轻钢结构的重量应该更轻建筑结构，2003（10） 2钢结构设计规范GB50017-2003 3戚豹， 建筑结构选型第 6 章，门式钢架结构 4戴显吾单层轻型门式钢架结构的设计要点
