門式剛架輕型鋼結構房屋設計探索

摘 要：近年來，門式剛架輕型鋼結構房屋在我國城市建設中快速發(fā)展起來，而門式剛架輕型鋼結構房屋具有內部跨度大而且構造較為簡單，外觀簡潔、美觀，柱網布置十分靈活，配件生產標準化等優(yōu)點，使其已在體育場館、各類工業(yè)廠房、機庫、倉庫、超市、會議中心等大型的公共建筑中廣泛應用，而且對于地基承載力比較低、缺少水泥和砂石等建材的地區(qū)或者地震區(qū)域特別適用。本文針對門式剛架輕型結構的結構形式、結構布置及設計注意等幾點進行歸納總結。

關鍵詞：門式；剛架；輕型；鋼結構；房屋；設計；形式；布置；要點

門式剛架輕型鋼結構房屋具有施工速度快、建筑造型美觀和造價低廉等優(yōu)點，使得它在工業(yè)建筑以及民用建筑中獲得了廣泛的應用。本人通過學習及結合相關材料對門式輕型鋼結構房屋設計相關問題展開幾點簡單的探討和總結。

一、門式剛架的結構形式

門式剛架也可稱為山形門式剛架，有著多種多樣的結構形式。根據以下原則可以對其進行分類：①按其屋面坡向劃分：多脊多坡、單脊雙坡與單脊單坡；②按其跨度可以劃分：單跨度剛架、雙跨度剛架和多跨度剛架；③按其結構用材劃分：有鋼管、薄壁型鋼和普通型鋼；④按其截面形式劃分：有變截面與等截面；⑤按其構件體系劃分：可分為格構式與實腹式。在民用房屋以及單層工業(yè)鋼的廠房結構中經常使用的是單坡或雙坡的門式剛架，跨度采用單跨度或者多跨度均可。構建廠房時使用這種剛架建設可根據采光、通風等方面的需要設置天窗架、通風口以及采光帶等，目前國內最大的單跨剛架已達到72 m。多跨度剛架在跨度相同的條件下，單脊雙坡剛架的用鋼量與多脊多坡剛架的用鋼量相差無幾，但由于多脊多坡剛架自身存在的內天溝很容易會導致堆雪或者滲漏等問題的發(fā)生，反而長坡壓型的鋼板屋面的排水能力及效果相對較好，所以經常會將廠房的屋面構建成單脊大雙坡。倘若在單脊雙坡多跨度剛架的廠房中并未設有橋式吊車，并且風荷載較小、剛架柱也較低的時候，應采用中柱為兩端進行鉸接的搖擺柱，由于搖擺柱與抵抗側向力無關，所以可以使用比較小的截面，使得中間梁與搖擺柱連接位置的構造越發(fā)簡單化，對其的安裝與制作更為方便。但若設有橋式吊車時，為了能增加剛架的側向剛度，中柱采用兩端剛接的方式比較宜適。

二、門式購回的結構布置

1 門式剛架布置

1.1跨度指的是剛架柱橫向之間的距離大小，以9.0-36.0m為佳，最好使用3m作為模數，但關鍵時也可以不被模數所限制。

1.2高度指的是地坪至斜梁軸線（斜梁軸線可取斜梁上表面與通過變截面梁段的最小端中心相平行的軸線）與柱的軸線（柱的軸線可取通過柱的較小端中心的縱向軸線）交點的高度，以4.5-9.0m為佳，若設有橋式吊車時該高度不宜超過12m。門式剛架的高度應根據室內實際凈高來確定，若廠房內設有吊車則應該根據軌頂標高及吊車的凈空標準來確定。

2 檀條和墻梁布置

屋面的檀條一般按等間距進行布置，但在屋脊處為了防止屋面板外伸的寬度過長（應小于 200 mm），就應該沿著屋脊的兩側各布置一道檀條，并且為了能更好的固定天溝，也應該在天溝的附近另行布置。檀條的間距大小需要參照規(guī)格、通風屋脊、天窗、屋面材料、采光帶等多種因素。應該根據所需設置的挑檐、門窗、遮雨篷等圍護材料和構件的要求進行布置側墻的墻梁。倘若圍護墻面的構建采用壓型鋼板作為材料時，墻梁應該在剛架柱的外側進行布置，并且應該隨著墻板的規(guī)格與板型改變間距。

3 布置支撐與剛性系桿

門式剛架輕型房屋鋼結構可使用帶有張緊功能的十字交叉圓鋼起到了支撐作用，相連構件與圓鋼之間的夾角應在 30-60？ 范圍內，45？為最佳角度。當設有的橋式吊車的起重量大于5t時，則采用型鋼對其柱間進行支撐。

三、設計時的注意要點

1 因組成門式剛架的構件板件比較薄，抗扭剛度、抗彎剛度較小，所以應該嚴格要求運輸、安裝、制作、涂裝的過程，尤其應防止在運輸與安裝的過程中，有構件扭轉或彎曲變形等現象發(fā)生。而個別構件的標準應該注意以下幾點：①墻面、屋面的壓型鋼板基材的厚度應大于0.4mm；②冷彎薄壁構件中板的厚度應大于1.5 mm；③焊接構件板的厚度應大于3.0mm。并且對隅撐與支撐體系的布置，墻梁、擦條以及墻面板、屋面板等連接部位的構造都需要得到足夠的重視。

2 一般情況下，將框架斜梁的縱向撓度限值規(guī)定為1/180，但除此之外，是否要驗算跨中垂度呢？有研究表明，在美國的建筑工程中是需要進行計算跨中垂度的。首先他們會進行分析框架，常用的辦法是需要先對構件進行分段，然后采用等截面程序進行計算，計算每段構件其縱向和水平位移，嚴格控制大于允許值。個別工程由于屋面縱向剛度較小的原因，使屋面與第一榀剛架出現斜坡，導致屋面變形的現象發(fā)生。所以對此應該嚴格規(guī)定，當側移剛架后，若山尖下垂較大程度影響著坡度時，必須對山尖垂度進行驗算，對屋面的剛度控制十分有利。

3 個別單位為了降低造價和節(jié)省鋼材，從而獲得更大的利益，在設計門式剛架時均采用輕鋼斜梁與鋼筋混凝土柱組成，并用在斜梁的部位使用豎放式端板與預埋砼柱中的螺栓進行相接。混凝土是一種非均質脆性的建筑材料，即便在制作構件時可以通過配筋增加承受剪力與彎矩，若將其使用在連接部位，由于抗沖切、抗拉的能力很弱，很容易在外力作用下將其松動與破壞。

4 剛性系桿和支撐應按照下列要求進行布置：①在分期建設區(qū)段或者每個溫度區(qū)段中間，應該設置一個支撐體系，使其能夠獨立穩(wěn)定結構。②應根據房屋的受力情況、縱向柱距以及安裝條件等因素對柱間支撐的間距進行確定。若廠房無吊車時應取 30～45m，而設有吊車時則應設在其溫度區(qū)段的中部。③當柱間距小于房屋高度時，應進行分層設置柱間支撐。④在設有起重量不小于15t并帶有駕駛室的橋式吊車的跨間，應該縱向將支撐析架設置在屋蓋邊緣，當橋式吊車的起重量比較大時，則必須對吊車梁的側向采取相應措施以增加其剛度。⑤擦條也可替代剛性系桿，但此時的擦條應符合壓彎桿件的承載力和剛度要求。若不滿足時，應在剛架與斜梁中間設置H 型鋼、鋼管或其它截面形式的桿件進行輔助，以此達到要求。

四、結束語

綜上所述，輕型鋼結構在我國是建筑結構的發(fā)展方向，有著較大的優(yōu)勢。而在設計鋼結構時，需從工程實際情況出發(fā)，要選擇高強度、具有良好經濟、質量指標的鋼材；在連接設計中，須選用盡量滿足構造要求的并且構造簡單、傳力直接的節(jié)點；在結構選擇上，應多采用模數化、標準化的結構布置；另外，還應該保證鋼結構在使用、安裝、運輸以及加工過程中的穩(wěn)定性、剛度和強度，并應針對鋼結構應用的實際情況，做好防火、防腐的相應措施。

參考文獻

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