門式輕型鋼結構房屋設計講解與分析

隋新春 趙雪

摘 要：現今，門式輕型鋼架房屋廣泛應用于房屋的建設中，因其所具有的造價低、施工速度快，施工難度低等優點，深受用戶喜愛。而在設計它時，要按照國家的相關規范要求，把握設計要點，將設計做好，文章就門式輕型剛架結構房屋的特點和其結構和平面布局等進行介紹。

關鍵詞：門式輕型鋼；設計；分析

前言

近些年來，門式輕型鋼結構房屋在建筑中得到了廣泛的應用，適用于超市、娛樂體育設施、車站候車室等大跨度公共建筑等，其通常由基礎、鋼架、支撐系統、屋面、壓型鋼板屋面和型鋼檁條等組成，下文將就鋼結構的特點和設計時的注意事項等方面進行闡述。

1 輕型門式剛架的特點

輕型鋼結構房屋相比于傳統的鋼筋混凝土結構房屋具有質量輕、柱網布置比較靈活、造價低、施工速度快、施工難度較低等特點。

經過多年的發展，輕型門式鋼結構發展成為了一個完備的體系，從H型鋼梁，屋頂上的彩鋼板，墻面上的保溫層等一系列的配件，房屋設計時根據設計要求選用符合要求的配件，而后進行相應的組裝，在既保證結構穩定的情況下又可以保證縮短工期。鋼結構建筑由于采用了全鋼結構，在同等強度的條件下要比鋼筋水泥結構占用空間少，比一般鋼筋水泥結構的建筑內部空間更為合理，外觀簡潔，可以更好的達到使用要求。由于房頂和圍護結構采用了彩鋼板、玻璃棉等材料，因此鋼結構的鋼架可以很輕，在加上設計時對門式鋼架結構進行了優化設計，從而使鋼結構的自重很輕，根據統計數據門式鋼架建筑結構用鋼量通常為10～30kg/m2僅為相同條件下混凝土結構建筑用鋼量的1/20～1/30，更為經濟合理。

門式剛架結構的主要構件和配件都由工廠制作，從而保證了構件的質量和精度，無需二次加工，工地安裝方便。除了基礎施工外，沒有濕作業，需要的施工人員也不多，而且在安裝時，構件之間的連接多采用高強度螺栓進行連接，需要焊接的地方很少，這樣就大大提高了安裝速度，使建筑可以很快的建設起來，但必須注意設計為剛性連接的節點，應具有足夠的轉動剛度。由于門式剛架結構的重量較輕，因此對于地基的要求可以較鋼筋水泥結構的建筑少很多，基礎可以做得比較小，通常情況下，地震時產生的縱波對于剛架的結構影響很小，因此可以不計算地震的影響，但是風荷載對其結構的影響較大，設計時要著重考慮。

2 門式剛架結構建筑的結構形式和要求規定

在建筑時，屋蓋采用壓型鋼板屋面板和冷彎薄壁型鋼檁條，主體鋼架可采用變截面實腹剛架，外墻采用壓型鋼板墻面板和冷彎薄壁型鋼墻梁。用于檁條和墻梁的冷彎薄壁型鋼，其壁厚不宜小于1.5mm，用于焊接主鋼架構件腹板的鋼板，其厚度不宜小于4mm，當有根據時可不小于3mm，構件中受壓板件的最大寬厚比，不得大于現行國家標準《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》規定的寬厚比限值，受壓板件的局部穩定臨界應力低于鋼材屈服點時，應按實際應力驗算板件的穩定性，或采用有效寬度計算構件的有效截面，并驗算構件的強度和穩定。

3 剛架結構的平面布置

3.1 門式剛架結構的跨度取橫向剛架柱間的距離，一般為9-36m，推薦以3m為一個長度段，也可按照實際要求選取。當邊柱寬度不等時，其外側應對齊。其高度（地坪柱軸線與斜梁軸線交點的高度）推薦取4.5～9m，也可按照要求適量放大。門式剛架的高度要按照設計要求來確定，如房屋內需要安裝行車，需要考慮行車需要的高度。應根據使用要求的室內凈高確定，有吊車的廠房應根據軌頂標高和吊車凈空的要求確定。門式剛架的合理間距通常采用6m，7.5m或9m等的距離。挑檐長度需要根據實際情況從0.5～1.2m之間選取。

3.2 門式剛架輕型房屋由于結構簡單，使用的構件和圍護結構受溫度影響較小，其溫度分區可以采用縱向溫度區段<300m；橫向溫度區段<150m；比傳統的溫度區段要大，而有其他的計算依據時，這個溫度區段可以適當放大。

3.3 門式剛架的支撐布置

支撐體系在門式剛架輕結構具有十分重要的作用在支撐時要注意以下要求。

支持布置的要求：

（1）圓鋼支撐不能應用于有吊車的廠房，應根據所進行的受力分析，經計算來確定直徑，其凈截面不得小于10mm。圓鋼支撐與構件腹板的連接處，t≤5mm時應腹板補強。

（2）當廠房內有5t及5t以上吊車時，立柱之間的支撐需采用型鋼來進行支撐。

（3）當廠房內有15t以上吊車時，應對廠房增加屋蓋縱向支撐和對吊車梁的側向增加剛度。

（4）當廠房內無吊車時，立柱間支撐的間距不大于30～45米，應與屋蓋橫向支撐位于同一開間。

（5）當廠房內設計有吊車時，下柱支撐設在溫度區間中部或三分點處。

（6）保證房屋縱向剛度的措施。

4 墻架布置

門式剛架輕型房屋鋼結構的墻架布置應對門窗、挑檐、遮雨篷等構件和圍護的材料提出一定的規范。門式剛架輕型房屋鋼結構的側墻，當采用壓型鋼板圍護面時，墻梁宜布置在剛架的外側，門式剛架輕型房屋的外墻，當抗震要求不高于6度時，能采用輕型鋼墻板或砌體，當抗震要求為7-8度時，可采用輕型鋼墻板或非嵌砌砌體，當抗震能力要求9度時，適合采用輕型鋼墻板或柱柔性連接的輕質墻板。

5 門式剛架節點和梁柱連接設計

門式剛架梁與柱的連接，一般使用高強度螺栓端板來連接。連接一般使用端板平放、豎放、斜放三種方式。連接用的高強度螺栓應對稱布置且螺栓數目為偶數，端板豎放適用于局部等截面柱，設計時將端板橫放用來減少節點的設計剪力，用以抵消豎向載荷所起的作用。當節點彎矩很大時一般可采將端板斜放的方式，用來加長抗彎連接的力臂，方便布置螺栓。端板拼接連接一般采用外伸式和平齊式，外伸式節點受力合理，比平齊式承載力高，因此一般多采用外伸式端板連接，同時應在結點板外伸部分設置加勁肋，提高節點的抗剪能力，有效減少節點板的變形。端板連接要按照所受的最大內應力設計，吊車梁和制動梁的連接可采用高強度摩擦型螺栓連接或焊接。螺栓中心至翼緣板表面的距離，應滿足不小于35mm，螺栓端距不應小于2倍螺栓孔徑。

6 屋面板和墻板設計

屋面板和墻板材料可以選用建筑外用彩色鍍鋅或鍍鋁鋅壓型鋼材，夾心壓型復合板和玻璃纖維增強水泥外墻板等輕質材料，一般用與屋面或墻面的壓型鋼板，其厚度應至少大于0.4mm，當在屋面板上開設直徑大于300mm的圓洞或邊長大于300mm的方洞時，應根據計算采用次結構加強，同時不能在房屋屋脊上開洞，墻板應接觸地面，好將墻壁的自重由地面來承受，減少剛架所承受的力，板與板之間的連接要適當。

7 結束語

由上文可知，門式輕型鋼結構由于其本身結構簡單，質量輕，施工周期短等優點廣泛應用于工廠、超市等建筑，在設計時要注意對結構風荷載的計算，對鋼結構進行相應的力學分析，結合實際，設計出符合設計要求且經濟實惠可靠的房屋。

參考文獻

[1]中國工程建設標準化協會標準.門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程[S].2002.