淺談輕型門式剛架結構設計中的幾個要點

摘 要:本文主要根據輕型門式剛架結構的特點，對在設計中涉及到的結構材料，荷載和節點構造等要點做簡要的探討。

關鍵詞:門式剛架；結構材料；荷載；節點

1、引言

近年來，隨著工業的快速發展和鋼結構技術的不斷進步與更新，新型材料應用越來越廣泛，輕鋼結構也大量涌現，尤其是輕型門式剛架結構在單層工業廠房、倉庫、超市、體育及娛樂設施等大跨度建筑中得到了廣泛的應用。輕型門式剛架結構是用等截面或變截面的焊接H型鋼作為梁柱，以冷彎薄壁型鋼作為檁條、墻梁、墻柱，以彩鋼板作為屋面板及墻面板，現場采用螺栓或焊接形式進行連接的結構，再配以零件、扣件、門窗等形成的比較完善的建筑結構形式。

2、結構材料

在進行輕型門式剛架結構設計過程中，材料的選擇尤其重要。承重結構應根據結構的重要性（破壞后果）、荷載特征、結構形式、應力狀態、連接方式、鋼材厚度和工作環境等因素綜合考慮，選用合適的鋼材牌號和要求具有的材料性能，要防止鋼材發生脆性破壞。一般來講，受拉構件的材性要求較受壓構件的高，焊接構件的材性要求較非焊接結構高，受動力荷載的結構材性較受靜力荷載的高，處于低溫地區的結構材性要求較高，鋼板厚度越大材性越差。這里著重談談在設計中如何選用Q235鋼和Q345鋼。

當結構構件的截面是由強度控制時，設計時應優先選用Q345鋼。Q345鋼相對Q235鋼屈服強度提高約45%，，一般情況下用鋼量方面會比Q235節省15%左右，而Q345鋼與Q235鋼在價格方面相差不到10%，所以綜合分析選用Q345鋼的經濟效益比較明顯。而當結構構件的截面是由剛度控制時，設計時應優先選用Q235鋼。因為截面由剛度控制時，構件應力比較小，也不需要高屈服強度的Q345鋼。還有重要一點是，《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（CECS102-2002）(以下簡稱門規)里對工字型截面構件寬厚比的規定，也就是工字型截面受壓翼緣板自由外伸寬度b與其厚度t之比不應大于15x(235/fy)0.5，工字型截面構件腹板的計算高度hw與其厚度之比不應大于250x(235/fy)0.5(fy為鋼材屈服強度)，從公式中不難看出，Q235鋼比Q345鋼有更大的翼緣自由外伸寬度或者腹板計算高度。因此，設計者可以利用Q235鋼更高的寬厚比限值，相對Q345鋼比較節省用鋼量。

3、荷載

（1）恒載：由主材、壓型彩板、保溫材料及輕質吊頂燈等構件自重確定。

（2）活載：包括屋面均布活載、檢修集中荷載、積灰荷載和雪荷載等。門規中規定屋面均布活荷載不應小于0.5kN/m2，不過對于受荷水平投影面積大于60m2的剛架構件，屋面均布活荷載不應小于0.3kN/m2。在考慮荷載組合作用時，均布活荷載與雪荷載不同時考慮，取其中較大值計算；積灰荷載與雪和均布活載中的較大值必須同時考慮；檢修荷載只與結構自重荷載同時考慮。

（3）風載：現行的門規是以（GB50009-2001）為基礎進行風荷載取值。根據門式剛架不同的部位，體型系數選擇應按照門規里的表A.0.2-（1～4）取用。

（4）溫度：鋼結構溫度區段長度原則上應符合《鋼結構設計手冊》（上冊）表2.17和門規第4.3.1條的要求。不符合要求時，需要計算溫度效應。計算溫差原則上應去安裝時溫度和安裝后結構可能遇到的最冷溫度和最熱溫度只差。如安裝設計時間無法確定，一般室內采暖和非采暖鋼結構溫差可取25～30°，室外露天鋼結構溫度可取40～50°。

（5）吊車：按（GB50009-2001）的規定取用，有多臺吊車共同作用時，吊車的組合一般不超過兩臺；計算吊車梁的疲勞和撓度時，吊車荷載應按作用在跨間內起重量最大的一臺確定，吊車輪壓按標準值計算。

（6）地震作用：按（GB50009-2001）的規定取用，不與風荷載作用同時考慮。

4、節點及構造

在門式剛架設計中，節點及構造也是非常重要的，這直接關系到整個建筑結構的安全。在設計過程中，應遵循以下的節點及構造要求。

（1）門式剛架主剛架柱鉸接平板式柱腳宜采用兩對地腳錨栓，抗風柱柱腳可采用一對地腳錨栓。

（2）當采用地腳錨栓與鋼柱連接的獨立鋼筋混凝土基礎，構造有如下要求：

A: 地腳錨栓中心至基礎頂面邊緣的距離不宜小于地腳錨栓直徑的5倍；

B: 鋼柱柱腳底板邊緣至基礎頂面邊緣的距離不小于100mm；

C: 鋼柱基礎頂面二次澆灌層宜用強度等級不低于C25且較基礎混凝土強度等級高一級的微膨脹無收縮自流性細石混凝土灌漿，應確保密實，其厚度一般是70mm左右，一般不超過100mm。

（3）梁柱采用端板連接時，端板外伸處三角形加勁肋的高長比宜為1:2。

（4）門式剛架梁柱采用端板連接時，設計剪力小于其抗滑移承載力（抗滑移系數為0.15計算）時，端板面可采用拋丸除銹后涂刷防銹底漆處理。

5、結束語

通過幾年的工程實踐，對于輕型門式剛架的設計有以下幾點體會和總結：

（1）設計時注意考慮結構的整體性。輕型門式剛架的梁柱是平面結構，它們在墻梁、檁條和支撐等縱向構件和圍護結構的聯系下形成完整空間的穩定體系，承擔各種荷載和其他外在效應。

（2）透徹了解整個門式剛架的受力傳遞途徑，并注意傳遞過程中的外部效應。

（3）設計時應考慮運輸和安裝過程中出現的問題，采取劃分分段點等措施來防止構件發生彎曲和扭轉變形。

（4）作為設計者，要通過對門式剛架相關規范、力學、結構受力原理的學習探究，建立起較強的結構概念，結合實際，正確處理設計與實踐中遇到的各種雜難問題，使鋼結構設計不但在技術上切實可行，而且能取得最優的經濟效益。

參考文獻

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