門式剛架輕型房屋鋼結構設計優(yōu)化探討

韓明坤

（青島天能重工股份有限公司，山東 膠州 266316）

門式剛架輕型房屋鋼結構設計優(yōu)化探討

韓明坤

（青島天能重工股份有限公司，山東 膠州 266316）

建筑行業(yè)的發(fā)展對房屋結構的設計也提出了更高要求，鋼結構已經(jīng)在當前建筑施工中得到了廣泛應用。門式剛架輕型房屋鋼結構設計工作要和時代發(fā)展需求相契合，在設計工作上進行優(yōu)化，保障房屋鋼結構的設計質(zhì)量。本文對門式剛架輕型房屋鋼結構優(yōu)勢體現(xiàn)以及門式剛架輕型房屋建筑的發(fā)展情況詳細分析，結合實際，對門式剛架輕型房屋鋼結構設計發(fā)展不足和優(yōu)化設計詳細探究。

門式剛架；房屋鋼結構；優(yōu)化設計

輕型鋼結構在我國的建筑結構施工中得到了廣泛應用，國家也出臺了相應的設計規(guī)范，有鋼結構設計規(guī)范以及門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程等，這些規(guī)范對實際的鋼結構設計提供了理論依據(jù)。在對門式剛架輕型房屋鋼結構的設計優(yōu)化中，對設計質(zhì)量的保障是比較關鍵的，要按照規(guī)范要求進行設計。從理論上加強門式剛架輕型房屋鋼結構設計的研究，就能對實際鋼結構優(yōu)化設計起到促進作用。

1 門式剛架輕型房屋鋼結構優(yōu)勢體現(xiàn)及發(fā)展

1.1 門式剛架輕型房屋鋼結構優(yōu)勢體現(xiàn)

門式剛架輕型房屋鋼結構在近些年的建筑工程領域應用比較廣泛，門式剛架輕型房屋鋼結構在上世紀80年代初期的時候在我國開始發(fā)展，在經(jīng)過了幾十年的發(fā)展后，已經(jīng)成為房屋建筑結構重要的結構應用形式。門式剛架輕型房屋鋼結構主要是輕型焊接H型鋼等構成的實腹式門式剛架作為主要承重骨架，冷彎薄壁型鋼作為檁條等房屋結構體系，這一結構體系在實際房屋建筑中的廣泛應用，正是因為其自身有著鮮明優(yōu)勢。門式剛架輕型房屋結構的柱網(wǎng)布置比較靈活，在使用了金屬壓型板的構件下，柱網(wǎng)布置不會受到模數(shù)的制約。

另外，門式剛架輕型房屋鋼結構的應用優(yōu)勢還體現(xiàn)在比較方便拆卸，資源的可回收利用效率比較高。由于鋼結構施工只要進行螺栓連接即可，所以在施工上就比較方便，能大大縮短施工的工期。鋼結構的應用比較有利于環(huán)保，有效避免了鋼筋混凝土和水泥砂漿等對施工現(xiàn)場周邊環(huán)境造成的環(huán)境污染問題。對門式剛架輕型房屋結構的應用綜合經(jīng)濟效益比較高，為施工企業(yè)帶來最大化效益。

門式剛架輕型房屋鋼結構的整體質(zhì)量比較輕，在圍護結構的應用方面是采用的壓型金屬板以及冷彎薄壁型鋼等材料構成的，屋面以及墻面的質(zhì)量相對比較輕，從而在地基基礎也能相應的減小，在成本上能節(jié)約。門式剛架輕型房屋鋼結構的抗震性能比較良好，這一結構是柔性的結構，能對地震的能量轉(zhuǎn)化作用充分發(fā)揮，最大化的降低了地震造成的損害。

1.2 門式剛架輕型房屋建筑的發(fā)展

門式剛架輕型結構在我國的發(fā)展比較迅速，輕鋼結構發(fā)展快速。在門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程出版后，在對鋼結構的設計水平以及經(jīng)驗方面，都得到了顯著提升。但是和一些發(fā)達國家相比較，我國在門式剛架輕型房屋建筑結構設計發(fā)展的水平上還比較低，有諸多方面有待進一步優(yōu)化。在用鋼量要素上是對鋼結構建筑經(jīng)濟性能產(chǎn)生直接影響的因素，我國設計的輕型門式鋼結構在設計計算上采用的是3D3S、STS及國外軟件，在用鋼量上比較經(jīng)濟。鋼結構的形式都是采用的無鉸門式剛架和兩鉸門式剛架，截面是通過焊接H型鋼。剛架的節(jié)點方面，門式剛架各個節(jié)點大多都相同，是通過摩擦面處理的高強度螺栓連接。而在維護系統(tǒng)方面是采取的設計標準化機制。在未來的發(fā)展中，門式剛架輕型房屋建筑的發(fā)展將會成為主流發(fā)展趨勢。

2 門式剛架輕型房屋鋼結構設計發(fā)展不足和優(yōu)化設計

2.1 門式剛架輕型房屋鋼結構設計發(fā)展不足

門式剛架輕型房屋鋼結構的設計發(fā)展過程中，還存在著諸多的不足，在規(guī)范方面還要繼續(xù)完善，在對輕鋼結構的設計方面涉及到的規(guī)范標準比較多，有著很強的交叉性，國家以及協(xié)會的標準和技術文件等方面都有相應的規(guī)范標準，而在這些標準規(guī)范方面沒有形成統(tǒng)一的標準，這就對實際的鋼結構設計提出了很大挑戰(zhàn)，設計人員對標準的選擇就成為一個難題。例如在門規(guī)當中對剛架形式均為單屋脊情況，具體的設計中，對跨度大的房屋在工藝流程等要求下會采用多屋脊結構形式。而在設計中如果是采取了鋼規(guī)的規(guī)定就比較容易造成諸多浪費現(xiàn)象。

門式剛架輕型房屋鋼結構的設計理論研究有待深化，在構造的措施方面還需要優(yōu)化，門式剛架輕型房屋鋼結構在我國的發(fā)展時間并不是很長，在諸多層面都存在著不足，在針對性的構造措施研究方面還需要進行深化，例如在節(jié)點連接以及支撐布置等層面，都需要有扎實的理論支持。再有就是在結構計算的方法以及計算軟件方面，還要提高計算的效率水平，在計算軟件的開發(fā)升級的需求還比較大。

2.2 門式剛架輕型房屋鋼結構設計要點

門式剛架輕型房屋鋼結構的具體設計中，要注重幾個要點，在對柱腳的設計過程中，按照門規(guī)的要求可將柱腳設計成剛接，在有較大吊車的房屋時候，柱腳使用剛接使得每榀剛架形成超靜定結構,能有效地減小柱頂位移,具有更大的安全儲備。而在對屋面以及墻面的拉條布置過程中，在風吸力作用下檁條下翼緣受到壓力，拉條適合在檁條上下翼緣附近科學布置。這一施工中，要對檁條的下翼緣受壓穩(wěn)定性加強計算。而在對支撐布置的時候，也要遵循門規(guī)的相關要求，結合房屋功能的實際需要對多跨鋼結構房屋，在不允許設置任何支撐的時候，就要設置縱向剛架。實際設計中對鋼結構的設計要點充分重視，才能有助于保障結構設計的質(zhì)量。

2.3 門式剛架輕型房屋鋼結構優(yōu)化設計

門式剛架輕型房屋鋼結構的優(yōu)化設計過程中，要注重方法的科學運用。現(xiàn)對鋼結構的優(yōu)化設計提出了幾點措施。

第一，注重門式剛架輕型房屋鋼結構的選型。為保障門式剛架輕型房屋鋼結構設計的質(zhì)量提高，設計人員要結合實際的需要，在結構的選型環(huán)節(jié)要加強重視。整體結構體系的選型中，單層房屋鋼結構主要是選擇框排架結構體系，這一結構是通過多榀并排平面主框架在某些縱向構件連接形成的空間結構體系。在對這一結構的應用下，常常會按照平面的框架結構來進行設計，對整體空間作用不會特別重視。而在對主框架的選型方面，通過鋼屋架代替框架橫梁，然后通過梯形屋架以及三角形屋架作為主要的結構形式。在對屋蓋的選型方面，普通的是通過屋面板形式。墻架結構選型有端墻墻架以及縱墻墻架，主要的作用就是支撐墻面圍護材料，對抗風荷載加以抵抗。在墻架的剛度不夠的時候，可進行架設中間拉條。

第二，加強鋼結構的構件設計優(yōu)化。門式剛架輕型房屋結構設計中，在結構構件的優(yōu)化方面要充分重視，在給定的結構類型以及材料和布局等基礎下，對各個組成的構件截面尺寸實施優(yōu)化，從而保障鋼結構的輕質(zhì)以及經(jīng)濟化。在對構件的截面實施優(yōu)化的時候，主要有兩種方法，一是通過最優(yōu)理論加以應用，二是采用窮舉法加以應用，這兩種方法都能起到構件優(yōu)化設計的作用。在最優(yōu)化理論的應用中，主要是將問題歸結成單目標規(guī)劃問題，目標函數(shù)是通過鋼量最少以及造價最低作為約束條件的，然后采用數(shù)學規(guī)劃的理論獲得最優(yōu)的結果。門式剛架是通過變化構件截面適應彎矩變化達到節(jié)約鋼材的目的，在相鄰單元翼緣也能使用不同截面。

第三，多構件結構的優(yōu)化設計方法。在從經(jīng)濟的角度進行考慮下，對壓型鋼板以及檁條和吊車梁等結構構件進行優(yōu)化，吊車梁使用輕型鋼結構，進行簡化計算的方法，在經(jīng)過反復試算后列出最優(yōu)的截面，從而達到鋼材節(jié)約的效果。門式剛架的機構設計優(yōu)化方面，對計算軟件中截面優(yōu)化設計以及反復試算的應用，選擇最優(yōu)的截面。

第四，充分重視空間的優(yōu)化設計。門式剛架輕型房屋鋼結構的優(yōu)化設計中，在空間的優(yōu)化層面要加強重視，功能是對建筑空間起到關鍵作用的，具體的設計過程中，就要將房屋的功能和施工工藝要求進行充分的了解，在空間上不能浪費，對鋼結構的分析意見以及投資影響比較大的限制條件，要反饋給工藝設計人員以及建筑方。在吊車噸位方面是對功能特定要求有著緊密聯(lián)系的，吊車的重量要遵循實際的要求進行選擇，盡量選擇自重輕的吊車，門式剛架輕型房屋鋼結構的設計中對模數(shù)柱距對鋼量的指標有著影響，在設計的時候就要從這些層面加以重視，保障柱距的合理性。

3 結語

綜上所述，門式剛架輕型房屋鋼結構的設計優(yōu)化的實施中，還存在著諸多的不足有待優(yōu)化，在當前建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展下，對門式剛架輕型房屋鋼結構的選擇應用將會成為發(fā)展主流，所以在實際的結構設計工作方面要加強重視，為實際鋼結構的設計提供理論依據(jù)，保障鋼結構的設計科學性。

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TU392.5

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1671-0711（2017）08（下）-0046-02