淺談門式剛架輕型房屋設計

摘要：門式剛架輕型房屋鋼結構是近年來在鋼結構建筑中應用相當廣泛的一種結構形式。針對門式剛架輕型房屋鋼結構設計中遇到的關于選材、檁條設計、主鋼架設計、經濟性比較等若干方面的問題進行了論述，并給出了一些建議。采用大柱距托架門架鋼結構方案，在一定跨度范圍的實際工程中可節約鋼材，是一種值得推廣的經濟合理的結構型式。

關鍵詞：門式剛架輕型房屋設計分析；廠房經濟性比較

引言

這種結構型式的主要特點是：體現輕鋼結構輕型、快速、高效的特點，應用節能環保型新型建材，實現工廠化加工制作、現場施工組裝、方便快捷、施工周期短、造價低等優點；柱網尺寸布置自由靈活、柱網跨度大等優勢被廣泛的應用于工業廠房建筑中。本文就設計低成本的門式剛架輕型鋼結構房屋進行探討。

1、工程概況

門式剛架輕型鋼結構房屋以其節能環保、造價低、自重輕、工廠化制作、施工周期短、柱網跨度大、柱網尺寸布置自由靈活等優勢被廣泛的應用于單層工業廠房建筑中，其優越性和經濟效益是不言而喻的。近年來其發展的一個顯著特點是廠房跨數增多、跨度增大、柱距增大。業主對廠房的使用空間提出了更高的要求，廠房的柱距也日趨增大，多跨廠房中的中小柱距日顯不足。

下面以6m柱距、12m柱距，22m～36m多跨（通長2跨～5跨）門式剛架輕型鋼結構廠房為例進行經濟性分析。這種廠房結構一般可采用大跨度實腹檁條方案（方案A）和柱間（縱向）設12m托架梁支撐次框架方案（方案B）。

2、兩種結構方案的比較

輕型門式剛架鋼結構廠房造價主要由用鋼量指標為主要組成部分，用鋼量由主結構和次結構兩部分組成。筆者采用由PKPM軟件對兩種結構方案進行結構分析計算，并僅以在廠房中間截取一個結構計算單元進行用鋼量經濟指標的分析對比。

2.1設計參數

該結構形式以中柱為12m柱距、邊柱為6m柱距的無吊車大空間廠房，沿口標高8m。本工程建筑層數：一層；建筑類別：三類；火災危險性：戊類；耐火等級：二級；設計使用年限：50年；單層彩鋼板外墻；雙層彩鋼夾心板屋面。荷載選擇為：恒載0.25kN/m2；活載0.50kN/m2；基本雪壓0.45kN/m2；基本風壓0.45kN/m2；吊掛荷載0.10 kN/m2；抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組屬第一組，建筑場地為 Ⅱ 類場地土，地面粗糙度為B類。本工程安全等級為二級，基礎設計等級為丙級。

2.2結構方案

因此對于上述兩類方案，采用以下兩種結構方案進行計算分析。

2.2.1方案A：大跨度實腹檁條方案

本方案采用框架柱為12m柱距，在二分之一邊框架柱間設一墻架柱，為了將墻架柱頂的反力傳至兩側的主框架上，在橫向框架端側間利用檁條設置抗風桁架的結構，屋面檁條為12m跨度，墻面檁條為6m跨度。

2.2.2方案B：大柱距托架門式剛架方案

本方案采用邊框架柱為6m柱距，中柱為12m柱距，在中柱間設置12m托梁以支撐次框架，為了使主框架和次框架變形相協調，在橫向框架端側間設置縱向水平桁架的結構。屋面檁條，墻面檁條跨度均為6m。

2.3材質對用鋼量的影響

對上述兩種結構方案進行結構分析時主框架及托梁、檁條材質分別采用了Q235B級鋼和Q345B級鋼兩種不同材質，其余次結構材質均采用Q235鋼。對上述兩類結構方案，當工程概況及荷載情況完全一致的情況下，經計算其總用鋼量指標均為主結構采用Q345B級鋼時較采用Q235B級鋼時省。

2.4鋼架間距對用鋼量的影響

對上述兩種結構方案分別以22m跨度至36m跨度的算例進行整體分別分析計算。方案B主框架用鋼量較方案A要多，同時方案B增加托梁的用材，但屋面檁條及其余次要構件用鋼量減少相對較多，故總用鋼量方案B較方案A省，且隨跨度的增加節約用材的幅度隨之減少。

2.5跨數對用鋼量的影響

為了討論跨數對輕鋼廠房綜合經濟效益的影響，筆者對方案A 2-5跨25m跨度的算例進行了分析計算，其各項單方用鋼量指標可以發現：隨跨數的增加各單項用鋼量指標基本都下降，總用鋼量隨跨數的增多而下降，這種變化趨勢隨跨數的增多慢慢趨于平緩。

2.6屋面坡度對用鋼量的影響

門式剛架房屋鋼結構的屋面坡度大體在1/8～1/20之間，在對屋面坡度進行確定時，主要是對屋面排水要求的考慮，對于雨水較多的地方應該取較大值，而雨水較少的地方應該取較小值。屋面坡度的變化會使結構的內力分布發生變化。在建筑允許的情況下，采用1/20的屋面坡度，易減少結構最不利截面應力，進而減少結構的截面尺寸，由此達到節省用鋼量的最終目的。

3、結語

門式剛架輕型鋼結構房屋跨度較小（22m～33m跨度）、柱距較大時采用大柱距托架門架鋼結構方案，其經濟效果較顯著，可節約鋼材，因此，在一定跨度范圍的實際工程中，大柱距托架門架鋼結構是一種值得推廣的經濟合理的結構型式。

（1）.12m柱距，22m～36m跨度輕鋼單層廠房，采用內柱間設置12m托梁以支撐次結構的結構形式較大跨度實腹檁條方案更為經濟。

（2）.對上述兩種結構方案的比較中，大柱距僅以12m為限，12m以上柱距采用方案A已明顯不經濟，應考慮采用方案B或空間結構屋面方案。

（3）.對方案A，總用鋼量中檁條所占比重約為31%-42%，因此在條件許可的情況下可設計成連續檁條，具有較好的經濟效益。

（4）.采用1/20的屋面坡度，易減少結構的截面尺寸，達到節省用鋼量的最終目的。

（5）.總用鋼量指標均為主結構采用Q345B級鋼時較采用Q235B級鋼時省。

參考文獻

[1]《建筑結構荷載規范》GB50009-2012。

[2]《鋼結構設計規范》GB50017-2003。

[3]《建筑抗震設計規范》GB50011-2010。

[4]《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》GB50022-2015。