1、试论门式钢架房屋钢结构设计主要问题摘要：随着经济的发展，钢结构在建筑结构中应用越来越多，现阶段越来越多的新建厂房都在使用门式钢架结构。基于以上原因，本文将对门式钢架结构房屋的设计过程中出现的一些问题做以下研究，并给出合理的建议。 关键词：门式钢架; 基础；节点; 支撑 中图分类号：TU391 文献标识码： A 引言 从传统意义上来说，轻质钢结构都是一些小角钢和圆钢组成的钢架或小型或小跨度屋架结构，一般是用作仓库或小型的厂房。随着新型钢材的出现，相继出现了冷弯薄壁型钢和彩色压型钢板，这使得轻型钢结构发生了根本性的变革。这种新型的钢材不仅具有传统钢结构的优势，对于轻的优势很是明显，具体优势表现在：
2、造型新颖，即外观造型轻巧美观，对于建筑的表现力强，对于一些单多层工业、民用建筑和大中小跨度尤为适合，同时可以配合间距柱网，使得布置更加灵活；劳动强度比较轻，即在施工时可以使用小型机吊装，这样降低了劳动强度，减少了施工时间；构件轻，即通过设计后，这种高强度钢材承受相同重量时截面积小，用钢量相对较低；恒荷载较轻，即由于钢材较轻，所以恒载荷和地震作用减少明显，同时对地基的要求也较低。 此外，轻型钢结构符合环保和可持续发展的要求，还可以代替砖石和木材结构。但是轻型钢材是一种技术新、科技含量高的材料，所以对于施工和设计人员的要求就相对较高，还要进行一些专业的培训。这样一来，在生产线的建立上就会投入很大。
3、此外，这种刚才还需要防火和防腐的处理。 大概在 20 世纪初期才开始形成装配式轻质钢房屋体系，当时主要应用于车库的建设。到了 20 年代，定型化生产的厂房开始出现在人民的视野。在二战期间，轻质钢房屋的建设如喷井之势飞速发展，那是多用于军事飞机库的建设。二战结束后，面临着重建的问题，轻质钢房屋需求量更大，这进一步的刺激了轻质钢房屋的发展。到 40 年代时，门式钢结构开始出现，60 年代得到了大批量的应用。就目前来讲，一些发达国家也是使用轻质钢结构进行建设。美国在门式钢架上的设计不仅在理论上，而且在制造工艺上都比较先进。 2.门式钢架房屋机构存在的问题 2.1 屋面活荷载取值 根据 2008 年门
4、式钢架轻型房屋钢结构技术规程的规定：在使用压型钢板轻型房屋时，按照水平投影的面积来算，在屋内的竖向均布活载的标准值应为 0.5kN/m2。但是并不是所有都是这个要求，当钢架构件的受荷水平投影的面积是 60m2 时，竖向均布活载的标准值为 0.3kN/m2。对于载荷效应来说，必须符合以下原则：a、将雪载荷、积灰载荷或屋面均布载荷同时考虑，得到最大值；b、雪载荷和屋面均布载荷不能同时考虑，把两者比较选出最大值；c、当使用多台吊车时，应当符合建筑结构荷载规范的国家标准规定来执行；d、不能把地震作用和风载荷同时考虑；e、由施工或者检修带来的载荷不和屋面材料及檩条自重以外的其它荷载一块考虑。在应对各种载
5、荷的计算时，应该把各种载荷按照载荷的组合原则进行计算，这样能够避免因重复计算带来的浪费问题。 2.2 斜梁设计时,计算长度取值的问题: a、对于屋面坡度较小的情况，根据 GB50018 的规定，在钢架平面内计算其强度时，按照压弯构件计算。但是对斜梁轴力小的情况时，把钢架的计算长度近似为竖向支撑点间的距离。b、对于屋面坡度较大的情况，不论是在钢架的平面内还是在平面外，轴力的稳定性都不能被忽略；c、从原则上来讲，平面外计算长度一般是侧向支撑点间的距离。但是，钢梁的上下翼的边缘都会有约束，一般有以下约束：屋面系杆的支撑系统对其的约束作用；檩条和屋面板对上翼缘约束作用；檩条和隅撑的共同作用对下翼边缘的
6、约束。在计算时，我们一般把隅撑的设置作为钢梁平面外长度，并不是将檩条的间距作为钢梁平面外长度。然而，隅撑的位置设置又得根据钢梁平面外长度作为量度。然而有些设计师将钢梁的平面外长度定位 3m，但是在制造的过程中却省去了隅撑位置，最终造成了整个设计具有安全隐患。 2.3 构件的挠度问题 根据门式钢架规程的规定，当钢架斜梁只用于支撑冷弯型钢檩条和压型钢板屋面时，则钢架构件的竖向挠度限制是 L/180；对于有吊顶的构件，竖向挠度限制是 L/240；对于有悬挂起重机的构件，竖向挠度限制取L/400。对于具有一定载荷并且跨度较大的轻型钢结构厂房的设计，挠度值将控制着构件的截面积的大小。很多的设计师在进行这
7、方面的设计时，往往会忽略挠度对结构的控制，仅仅为了能够满足强度的设计做法是不对的。然而，在实际应用中，梁挠度的影响是非常大的，它不仅会影响到建筑物的正常使用，还会造成屋内积水，甚至出现漏水的情况，这些都会加大屋面的载荷，给整个结构带来很大的安全隐患。我们可以加设摇摆柱的方法来应对那些跨度大、挠度难控制的钢架，这样做可以使挠度起不到控制的作用，而且还能把因挠度控制造成的截面过大的问题降到最低。 2.4 钢梁高厚比问题 门式钢架一般都是全钢结构的，由于檐口位置和钢柱的连接位置的弯矩较大，所以一般将钢梁做成变截面型钢梁。由于使用了这种变截面的钢梁，所以在设计的过程中可能会造成高厚比招标的问题，所以对
8、设计结构的就算需要最终检查。根据 2008 年版 CECS102:第 6.1.1 条规定，对于腹板高度的变化高于 60mm/m 时，将不考虑受剪板幅屈曲后强度对腹板高度比的控制，所以计算时不能将幅屈曲后强度考虑进去。具体的解决办法如下：a、可以在构件的腹板设置一个横向加劲肋，这样做可以更加不考虑屈曲后强度，还可以提高其容许的高厚比；b、为了满足高厚比，可以增加腹板的厚度，但是这样可能会较大的使用钢量；c、通过调节构件端部的高度和调整梁的变截面长度来使腹板的高度变化不超过60mm/m。 2.5 结构形式及布置方面 对于门式钢结构房屋，冷弯薄壁型钢檩条和压型钢板屋面板作为屋盖和外墙最合适，而变截面
9、实腹钢架作为主钢架最合适。同时我们还可以根据载荷、跨度和高度的不同，而采用等截面或变截面的焊接工字型或轧制 H 型的截面来设计门式钢架的柱和梁。在设计吊车梁时，最好把等截面作为门式钢架的柱。对于门式钢架的柱脚，我们通常采用支撑设计来铰接，一般用一对或两对螺栓作为平板支座。这样设计柱脚铰接，不仅可以避免弯矩过大的问题，而且还可以减少基础混凝土的造价问题。钢接柱脚通常用于有吊车的厂房，这样设计有利于吊车的平稳运作。采用一些隔热卷材作保温层和隔热层，还可以用具有隔热效果的板材做屋面来解决对房屋或厂房的隔热要求。 2.6 屋盖铰接问题 在进行钢结构屋盖厂房的设计中，有些设计人员会把钢梁和砼柱相连接的位
10、置用刚接的计算方法来计算，所以在施工之后，连接处的受力是不是真正的刚接，这会带来很大的安全隐患。为了安全起见，我们把砼柱面和钢梁的链接用铰接的形式来计算。 2.7 抽柱问题 有时由于空间原因，在某些厂房的设计中往往采用抽柱的屋架形式，即通过一些托或支撑来架梁。有些设计人员在对抽柱进行计算时，认为抽柱榀屋架就是直接把标准榀屋架删掉柱子，然后加上托梁和铰接的接点这么简单。如此做法会出现梁截面严重不足的现象，这是由于弯矩是靠钢梁在檐口的钢柱约束传递的，而对于托梁，托梁和屋面梁是按铰接的形式受力的，所以这样会造成屋脊的弯矩最大，而截面却最小的问题。此外，在对抽柱屋架进行计算时，托梁对屋架的弹性约束是必
11、须要考虑的，具体的说就是把托梁和屋面梁的连接作为弹性支座，然后计算其对钢梁的约束作用，并非是简单的按照铰接来进行计算。对厂房的抽柱计算时，建议从整体上把握，利用整体建模计算，结构的受力情况，最后选出最优截面。 2.8 有吊车设计图纸的标识问题 对于有吊车的厂房设计，设计的图纸中不仅要有构架的设计，还要表明吊车的型号、台数、吊重重量和跨度能数据。防止因为标注不明确带来安全隐患的问题。 2.9 其他 除以上问题外，可能还会有焊缝质量、涂装、保温隔热防水的问题。其中， 钢结构设计规范中对焊缝质量做出了明确规定，值得注意的是要把评定等级，检验等级和焊缝质量等级区分开来。对于涂装，对于钢材都需要做一些防
12、火或防锈涂层， 建筑设计防火规范( GBJ1687)第 7.2.8 条做出了规定。对于保温隔热防水问题，室内的温度要求可能会比较高，所以要对冷桥接点做一些处理，例如选用一些高档保温材料能够较好的减轻结露和冷凝的现象。 3. 结语 由于现阶段钢结构厂房的日益增多和广泛使用，对其安全问题提出了更高的要求。所以在门式钢架设计中要避免以上问题的同时，做到规范、实用和美观相结合。 参考文献 1 赵建成 ,周观根 ,鲁永贵.轻钢结构中屋面挠度对屋面防水影响J.第三届全国现代结构工程学术研究会,2003,3. 2 仝迅 .抽柱门式钢架的设计计算J.工程建筑与设计,2004,12. 3 陈章洪.建筑结构选型手册.北京.中国建筑工业出版社.2000. 4 蔡益燕.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 (CECS102: 2002) 修订介绍. 2003. 5 沈睿.门式刚架轻型房屋钢结构设计及施工中的体会J.建厂科技交流,2006,36,11. 6 武廷民,王元清,石永久,等.门式刚架轻钢结构抗风柱的设计与分析J.工业建 筑,2003,33(1).
