1、浅析门式钢架设计摘要：本文简要介绍了门式轻钢结构的概况，对门式钢架的特点和设计中需要注意事项，做了简要介绍，有利于对轻型门式钢架结构设计有较为完整的认识。 关键词：门式钢架；荷载；结构设计 中图分类号：TU318 文献标识码： A 门式钢架结构是日常生活中常见的结构形式，也是工程设计人员经常遇到的。门式刚架作为一种传统的结构体系，近些年来得到迅速的发展。本文结合笔者自身的设计实践积累的经验和体会，谈谈对门式钢架设计的认识。 1、门式刚架结构相对于钢筋混凝土结构具有以下特点： 1.1 施工周期短门式刚架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构
2、件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。1.2 单位质量轻围护结构采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为 1030kg/m2 ，在相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的 1/201/30。由于结构质量轻，相应地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。1.3 综合经济效益高门式刚架结构通常采用计算机辅助设计，设计周期短；原材料种类单一；构件采用先进自动化设备制造；运输方便等。所以
3、门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。 1.4 柱网布置比较灵活传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为 6 米，当采用 12 米柱距时，需设置托架及墙架柱。而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。 2、门式刚架结构荷载取值： 2.1 永久荷载永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。2.2 可变荷载可变荷载包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为 1KN） 、屋面雪荷载和积灰荷载、
4、吊车荷载、地震作用、风荷载等。 2.3 荷载组合荷载组合一般应遵从建筑结构荷载设计规范GB50009-2002 的规定，针对门式刚架的特点， 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:98 给出下列组合原则：(1)屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。(2)积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑。(3)施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑。(4)多台吊车的组合应符合建筑结构荷载设计规范的规定。(5)当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。 3、结构形式及结构布置： 3.1 门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，按屋面
5、坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取 1/201/10。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则” ，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。门式刚架的柱脚多按铰接设计，当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。门式刚架上可设置起重量不大于 3t的悬挂吊车和起重量不大于 20t 的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式吊车。 3.2 门式刚架的跨度宜为 936m，当柱宽度不等时，其外侧应对齐。高度应根据使用要求的室内净高确定，宜取 4.59m。门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，一般宜取6m
6、、7.5m、9m。纵向温度区段小于 300m，横向温度区段小于 150m（当有计算依据时，温度区段可适当放大） 。檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。侧墙墙梁的布置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设置和围护材料的要求确定。 4、设计中注意事项： 4.1 由于门式刚架结构构件的抗弯刚度、抗扭刚度较小，结构的整体刚度较弱，因此设计时应考虑运输和安装过程中要采取的必要措施，防止构件发生弯曲和扭转变形。4.2 要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结
7、构的整体工作。4.3 组成构件的杆件较薄，设计中应考虑对制作、安装、运输的要求。4.4 设计中应充分考虑锈蚀对结构构件截面削弱的影响。4.5 门式刚架的梁柱多采用变截面杆件，梁柱腹板在设计时考虑利用屈曲后的强度，所以塑性设计不再适用。4.6 设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理，比如风力可使轻型屋面的荷载反向等。 5、门式钢架的计算： 对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法（直接刚度法）编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹
8、性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求，需采用下列措施之一进行调整：放大柱或（和）梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚；把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。 6、门式钢架主材柱和梁的设计： 6.1 梁柱板件的宽厚比限值和腹板屈曲后的强度利用。 （主要包括梁柱板件的宽厚比限值验算、腹板屈曲后强度利用验算、腹板的有效宽度验算等内容）6.2 刚架梁柱构件的强度验算。6.3 梁腹板加劲肋的配置。（梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋）6.4 变截面柱在刚架平面内的计算长度确定。6.5 变截面柱在刚架平面内的整
9、体稳定计算。6.6 变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算。6.7 斜梁和隅撑的强度和稳定性计算。6.8 节点设计。 （包括斜梁与柱的连接及斜梁拼接、柱脚设计、牛腿设计、摇摆柱与斜梁的连接构造等内容） 总的来说我们在日常门式刚架结构设计中应遵守结构设计规范，保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构，它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系，结构只有组成空间稳定整体，才能承担各种荷载和其他外在效应。明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递全过程中产生的效应。设计必须体现计算和构造的一致性。只有这样才能保证做出合格的设计。 参考文献： 1钢结构设计规范GB50017-2003 2门式钢架轻型技术规程CECS102:2002 3 杨凤第;轻型钢结构房屋设计的几点建议J;钢结构;2002 年 02期
