輕型門式鋼架結構的設計和應用

萬 春

(中國水利水電第七工程局有限公司科研設計院，四川成都 611730)

1 概述

輕型門式鋼架是一種傳統的結構體系，該類結構的上部主構架主要包括鋼架斜梁、鋼架柱、支撐、檁條、系桿、山墻骨架等。近幾年，隨著壓型鋼板和H型鋼的引進及其在我國的發展，輕型門式鋼架結構在單層工業廠房、超市、展覽館、庫房以及各種不同類型倉儲式建筑中均有著廣泛的應用。

2 結構類型和截面形式

按結構類型，輕型門式鋼架一般可分為單跨鋼架、雙(多)跨連續鋼架或雙(多)跨中間交接柱鋼架等類型，其截面可為等截面或變截面。其柱腳構造可為鉸接，亦可為剛接，后者具有較強的側向剛度。

按鋼架梁、柱截面類型可分為實腹式鋼架及格構式鋼架。前者梁、柱一般采用H型實腹截面，其剛度較強，但其用鋼量稍多;后者一般采用小截面角鋼、鋼管等構件組合的格構式梁、柱截面，其加工制作較為復雜，但用鋼量較省，適用于大跨度鋼架。

此外，鋼架梁柱截面亦可采用蜂窩梁、蜂窩柱等空腹結構，但實際應用尚不多。

3 鋼架主要結構方案的選擇

3.1 門式鋼架承重結構主要結構方案的選擇

鋼架的間距與鋼架的跨度、屋面荷載以及檁條形式等因素有關。

在鋼架跨度較小的情況下，選用較大的鋼架間距會增加檁條的用鋼量，這種做法不經濟。經過統計比較，隨著柱距的增大，鋼架的用鋼量逐漸下降，但當柱距增大到一定數值后，鋼架的用鋼量隨著柱距的增大下降的幅度較為平緩，而檁條、吊車梁、墻梁的用鋼量則隨柱距的增大而增加，但就建筑物總用鋼量而言，隨著柱距的增大則是先下降，然后再上升。綜合各項用鋼量數據表明，對一定條件下的輕型門式鋼架結構來說，應該存在一最優柱距。

門式鋼架承重結構由鋼架和基礎兩部分組成。門式鋼架承重結構體系的鋼架、檁條(或墻梁)以及壓型鋼板間通過可靠的連接和支撐相互依托，其體系受力與傳統鋼結構體系相比更趨向于空間化。基礎型式多采用鋼筋混凝土獨立式基礎。根據建筑物對側向位移和變形的不同要求，從節約用鋼量的角度出發，可采用變截面梁柱、基礎鉸接結構方案或等截面柱變截面梁、基礎剛接結構方案。設計時應依據實際情況，按最合理的鋼架承重結構方案選用。

3.2 檁條或墻梁與彩色金屬壓型鋼板組合屋面或墻面圍護結構主要結構方案的選擇

檁條和墻梁目前主要的構件型式是采用C型或Z型薄壁型鋼，截面大小均須經受力計算后確定。C型截面與Z型截面相比，強弱軸的力學性能差異較大，且與鋼架的連接多為螺栓鉸接，計算時應按簡支考慮(Z型截面間可通過可靠搭接實現剛接，故可按連續梁計算)。從受力狀態、計算結果以及構造等角度看，后者更合理。所以，除門窗洞口以及其它特殊節點處理需要外，應優先選用Z型截面。檁條與墻梁的間距一般決定于壓型板的板型和規格，經過力學計算后確定，從構造要求的角度上看一般不超過1.5m。彩色金屬壓型鋼板、復合板依托其內側檁條或墻梁組合成屋面或墻面圍護結構。

3.3 支撐系統主要結構方案的選擇

剛性系桿構件選用型鋼和鋼管，并與鋼架通過螺栓鉸接，其截面的大小一般按壓桿穩定性要求或通過受力計算決定，其設置主要考慮鋼架轉角和屋脊聯結處(其中屋脊處的剛性系桿可由用于此處屋脊構造需要的、剛度較大的雙檁條及聯結所代替)。另外，剛性系桿的間距主要取決于鋼架構件的平面穩定性要求。對剛度較大的吊車梁等均可作為剛性系桿考慮。水平支撐主要分為拉桿支撐和壓桿支撐兩類。拉力系統主要用于抵抗較小的水平力作用以及用于水平位移和變形要求不嚴格的建筑，后者則相反。水平支撐設置的最佳位置應考慮在每個溫度單元的中部，且要求將屋面梁間和柱間水平支撐設在同一開間，同時，支撐間距應滿足相關規程規定。另外，建筑物的端部第一或第二開間以及溫度縫兩側開間考慮空間協同作用的需要，也要設置水平支撐。水平支撐構件截面的大小主要決定于縱向水平力作用，且須經受力計算確定。隅撐構造是連接于I型截面的遠端翼緣和檁條或墻梁之間，起I型截面遠端翼緣板的板件約束和平面外支點作用。隅撐主要設置在I型截面遠端翼緣板的受壓區，間距應符合避免翼緣板板件屈曲的條件和鋼架平面外穩定性計算要求，目前主要按構造要求設置。隅撐桿件截面型式多選用小型鋼，規格大小須經過受力計算來確定。

4 結語

輕型門式鋼架結構可實現工廠化加工制作、現場施工組裝，方便快捷并節約建設周期;能帶來較大的空間(跨度從十幾米到七十多米);結構堅固耐用、建筑外型新穎美觀、質優價廉、經濟效益明顯。柱網尺寸布置自由靈活，能滿足不同氣候環境條件下的施工和使用要求。

［1］宋曼華，主編.鋼結構設計與計算［M］.北京:機械工業出版社，2004.

［2］門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規程，CECS102:2002［S］.

［3］王國周，瞿呂謙，主編.鋼結構——原理與設計［M］.北京:清華大學出版社，1993.