門式剛架結構設計中應注意的問題

摘 要:簡要介紹門式剛架結構在設計過程中應注意的問題及部分構件的設計方法。

關鍵詞:門規抗震措施支撐系統材料長度系數涂料

中圖分類號:TU3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(b)-0099-01

門式剛架結構作為一種新型的輕型結構形式在工業生產以日常生活中得到廣泛的應用。門架結構的建筑物根據跨數來分，可以分為單跨、雙跨、或多跨的單雙坡門式剛架，同時可以依據業主的需要建成帶挑檐或毗屋的結構形式，兼顧通風和采光的要求時可以設置通風天窗和采光帶等。

1 《門規》的適用范圍

目前國內設計門剛所采用的規范為《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS 102:2002[1]。上述規范有其特定的使用范圍:(1)具有輕型屋蓋及墻體的建筑。輕型屋蓋和墻體要求重量輕，同時其蒙皮作用所產生的剛度有利于增強整體房屋的整體性，增加建筑物的整體剛度。(2)門式剛架的跨度不應過大，一般不應超過36m，檐口高度不超過15m。上述數據只是從經濟上來考慮，如果跨度過大或檐口高度過高，結構的整體剛度不易保證，即使采取多種措施，其提高的程度也不是很大。在這種情況下，采用門式剛架就不經濟，應考慮其他的結構形式。(3)輕、中級工作制的橋式吊車起重量不大于20t，懸掛式起重機不大于3t。(4)門式剛架的構件截面很薄，如果環境有強腐蝕性，那么應考慮其他的結構形式。(5)如果結構底部為鋼框架，頂部為門式剛架的混合結構，其結構類型已經超出了《規范》的應用范圍，這時，應將門剛與下部結構整體分析，充分考慮下部結構對門架的影響，合理分析受力，利用《門規》[1]及《鋼規》[2]進行截面的設計。

2 鋼材的合理選擇

設計文件中應對鋼材的品種、強度等級、質量等級及鋼材所采用的質量標準明確提出。鋼材的強度等級為結構計算的重要數據，在此不再敘述，鋼材的質量等級也是影響結構性能的重要影響因素。質量等級A、B、C、D、E是根據鋼材在不同溫度下的抗沖擊韌性來劃分的。根據《鋼規》[2]的第3.3.4條的規定，對于需要演算疲勞的鋼構件，在不同的工作溫度下，鋼材應有相應的沖擊韌性保證值，它是選擇鋼材質量等級的依據。對于處于寒冷和嚴寒的北方地區，處于室外環境下承受重復荷載的鋼結構，鋼材的質量等級至少為C級。

3 圍護材料的選擇

門式剛架廠房可選擇的維護結構材料很多，目前市場上可供選擇的材料有:壓型鋼板、太空板、石棉水泥波形瓦、加氣混凝土屋面板、磚砌體等幾種材料。規范[1]對結圍護材料的使用有一些限制，有當抗震設防烈度不高于6度時，可采用輕型鋼墻板或砌體;當抗震設防烈度為7度、8度時，可采用輕型鋼墻板或非嵌砌砌體;當抗震設防烈度為9度時，宜采用輕型鋼墻板或與柱柔性連接的輕質墻板。在平時的使用過程中，以壓型鋼板的使用最為廣泛。壓型鋼板可以采用單層鋼板承重，當有保溫隔熱要求是，可以在兩層鋼板之間增加一層保溫材料來滿足要求。

4 地震作用參與的組合起控制作用時，門架應采取相應的抗震措施

當結構的受力受地震作用控制時，結構應采取抗震措施。《建筑抗震設計規范》[3]的規定只適用于一般的單層鋼結構廠房的規定，不適用單層輕型鋼結構廠房。不過，在《門規》中有相應的規定。

(1)柱間支撐應采用角鋼制作，支撐與水平面得夾角應在 35°～55°之間。支撐與柱的連接應采用節點板，其設計應按照《鋼規》的有關規定進行。支撐與柱的交點應匯于柱底板，若不滿足要求，設計時，應考慮支撐對柱產生的附加彎矩。

(2)地腳螺栓不應小于M24，錨固長度不小于25d(d為錨栓直徑)，當柱腳為設計為鉸接時，可采用一對或兩對螺栓;當設計為剛接時，柱腳板下應設置抗剪鍵及調平螺母。

5 屋面水平支撐及柱間支撐的布置

(1)屋面橫向水平支撐應布置在每個溫度區間的端開間，但有時為廠房通風需要在屋面設置天窗或氣樓，這時為保證天窗或氣樓的穩定性，屋面的橫向水平支撐應與天窗的支撐處于同一開間之內，保證廠房的整體性。這時，在端開間應設置剛性系桿，保證風荷載的傳遞。

(2)柱間支撐應與屋面水平支撐設置在同一開間之內，保證廠房的整體剛度。

(3)當每個溫度區間的屋面處于不同高度時，為保證同一高度屋面的整體性，其屋面支撐系統應獨立設置，保證各自的整體性。

(4)結構的縱向水平力應由柱間支撐承受，同一柱列的柱間支撐按剛度均勻受力，所以在布置支撐時，不同剛度的支撐不應布置在同一柱列之內。

6 當底部為框架，頂層為門架時，邊柱計算長度系數的確定

底部為框架頂層為門架的結構，為超限結構，設計時不能單純的按照《門剛》或者《鋼規》來設計。底層框架結構的邊柱既是框架柱，同時還是門架柱。在確定其長度系數時，應該格外注意。(1)將底層框架柱及頂層門架柱按照《鋼規》的線剛度比法計算;(2)將底層框架刪除，單獨計算門架柱的長度計算;(3)取兩次計算結果的最大值最為頂層門架柱的計算長度系數。

7 門式鋼梁平面外計算長度的確定及規范的選擇

門式鋼梁一般為楔形截面，其截面變化的依據為斜梁彎矩圖。斜梁的平面外的計算長度一般按照屋面水平支撐點距離或隅撐的距離來確定。屋面斜梁進行截面計算時，應選擇《門規》來設計截面，如果選擇《鋼規》，無論斜梁截面如何變化，規范均不做穩定計算。原因在于《鋼規》中只計算等截面的構件。

8 檁條兼做剛性系桿的設計

兼做剛性系桿的檁條一般采用雙檁條，檁條之間用綴板連接，該檁條除了承受屋面傳來的水平及豎向荷載外，同時還承擔由山墻傳來的縱向風荷載，所以在計算時該檁條應按壓彎構件設計，長細比λ≤180。

9 鋼結構防腐涂料的選擇

鋼結構防腐涂料的選擇應注意以下幾點:(1)應考慮結構所處的使用條件，根據腐蝕介質的特點(如氣相腐蝕、液相腐蝕)，建筑物所處的環境特點(干燥、潮濕)的條件來選擇涂料的品種。同時，如果腐蝕介質呈酸性或堿性時，應選擇耐酸性或耐堿性較好的涂料。(2)應考慮施工的便利性。涂料的施工方法不一致，對施工的要求也不一樣，有的涂料適宜噴涂、有的適宜刷涂。設計在選擇涂料的品種時，應盡量選擇那些便于噴涂的冷固型的涂料。

10 結語

門式剛架是一種重要的結構形式，其設計的成功與否，直接關系到建筑的安全和使用。通過本文的簡要陳述，介紹了其在設計中需要注意的問題及一些處理方法，使結構設計的更加合理，發揮其應有的作用。

參考文獻

[1]門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程.CECS 102:2002.

[2]鋼結構設計規范.GB 50017-2003.