對門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及建筑行業(yè)自身的不斷發(fā)展，越來越多性能優(yōu)良的材料以不同的形式被應(yīng)用到建筑物中。鋼架結(jié)構(gòu)就是其中應(yīng)用范圍較為廣泛的一種。鋼架結(jié)構(gòu)在新時期的建筑中有多種的應(yīng)用形式，其中較為常見的就是門式鋼架結(jié)構(gòu)。本文通過對門式鋼架的分析，了解其自身的優(yōu)勢，為其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用做好準(zhǔn)備，同時對門式鋼架輕型房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)進(jìn)行分析。這不僅僅有利于促進(jìn)門式鋼架的發(fā)展及應(yīng)用，同時也有利于我國建筑行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：門式鋼架；輕型房屋；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

近年來，鋼結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中的應(yīng)用愈加廣泛，其應(yīng)用優(yōu)勢極為明顯，但是其穩(wěn)定性問題也較為突出。在建設(shè)當(dāng)中，工作人員應(yīng)當(dāng)對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計予以關(guān)注，做好布置、選型、估算構(gòu)件截面、設(shè)計構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)等工作，嚴(yán)控所有設(shè)計環(huán)節(jié)，確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1、門式鋼架簡介

在我國建筑行業(yè)發(fā)展過程中，隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以使用的建筑材料也在不斷的增多。鋼架結(jié)構(gòu)作為一種以鋼材為原料的結(jié)構(gòu)體系，在現(xiàn)在的建筑中有較多的應(yīng)用。其中門式鋼架應(yīng)用的范圍更為廣泛。門式鋼架結(jié)構(gòu)最早起源于美國，到目前已經(jīng)經(jīng)歷了近一個世紀(jì)的發(fā)展。這是一種較為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系，由多個部分組成，包括鋼架斜梁、鋼架柱、系桿、山墻骨架、支撐以及模條等。每個部分在具體的建筑中，根據(jù)設(shè)計的要求可以采用具有不同性能的鋼材，但是必須滿足建筑的最低要求，這樣才能保證建筑物整體的結(jié)構(gòu)性能。

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，房屋建設(shè)過程也更加追求速度和效率，這就為門式鋼架的發(fā)展提供了更為廣闊的市場。在不斷的發(fā)展過程中，門式鋼架也經(jīng)歷了不斷的修改和調(diào)整，到目前形成了一個較為標(biāo)準(zhǔn)、完善的結(jié)構(gòu)體系。在不斷的發(fā)展中形成了更加優(yōu)質(zhì)的性能，使其更具有市場競爭力。

2、門式鋼架的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

與其他的鋼架結(jié)構(gòu)相比較，門式鋼架的結(jié)構(gòu)具有不可替代的優(yōu)勢。主要有：第一，鋼結(jié)構(gòu)廠房自重輕，但是強(qiáng)度大抗震性能較好；第二，門式鋼架的建造跨度較大，并且建筑本身材料的占用空間面積較小，結(jié)構(gòu)整體的空間較大；第三，門式鋼架結(jié)構(gòu)的整體剛性好，防火性能好，能夠有效的減少意外發(fā)生帶來的損害。

3、門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的選型

為有效保障門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，在實(shí)際的設(shè)計過程中，設(shè)計人員要結(jié)合實(shí)際的施工情況需要，不斷的加強(qiáng)對各種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計變化加強(qiáng)改善。一般我們在對門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，對其選擇的設(shè)計形式非常重要，其中單層鋼結(jié)構(gòu)的框架形式要通過我們對其安全性的考慮，利用一個并排平面設(shè)計來連接形成一個空間結(jié)構(gòu)。并且，我們在這種結(jié)構(gòu)下進(jìn)行設(shè)計應(yīng)用，需要我們按照一種平面框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進(jìn)行，從而幫助提高整體空間的穩(wěn)定性。此外，對于鋼結(jié)構(gòu)的主框架進(jìn)行選擇時，需要根據(jù)設(shè)計要求的實(shí)際情況選擇，一般都是通過選擇鋼結(jié)構(gòu)框架來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的框架，并且將三角形屋架作為主要的房屋結(jié)構(gòu)，所以在房屋的選擇設(shè)計形狀時，需要通過屋面進(jìn)行確定。

3.2鋼結(jié)構(gòu)計算

通常情況下，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算的時候都是采用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件程序，計算結(jié)果是對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行評估的關(guān)鍵，并且對不同軟件的計算結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比和分析，選擇合適的截面，起到節(jié)約成本的目的。同時在進(jìn)行荷載取值的時候，針對降雪量比較大的地區(qū)，作為設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)該地區(qū)的降雪量適當(dāng)?shù)脑黾愉摻Y(jié)構(gòu)荷載，對荷載最大值是不是能夠承受最大量的降雪量進(jìn)行檢驗(yàn)。同時在進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計的時候要對凈截面、長細(xì)比等結(jié)構(gòu)參數(shù)引起高度重視。此外在開展連接設(shè)計工作的時候，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的施工條件選擇合適的連接方式，如果使用承壓型方式進(jìn)行連接，就要對壓力和剪切力兩個方面的要求進(jìn)行考慮，并且螺栓不可以安裝在剪切面上，這個時候還要對位置的合理性、施工的便利性進(jìn)行討論和分析。

3.3柱網(wǎng)設(shè)計

在荷載完整、均勻的情況下，柱距7.5米，當(dāng)鋼架跨度為18米到30米之間時，鋼用量大概是18到28kg/m2，當(dāng)鋼架跨度是21到48 米時，鋼用量是在25到40kg/ m2，廠房高度是12米，跨度達(dá)到48米以上時一般可用多跨類型鋼架，相較于單跨類型鋼架要節(jié)省18%的用鋼量，因此門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當(dāng)按照實(shí)際情況選擇經(jīng)濟(jì)型跨度，不適合盲目性的選擇較大跨度。

3.3估算構(gòu)件截面

結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)對斷面形狀、梁柱尺寸等進(jìn)行判斷與選擇，如選擇使用槽鋼、軋制或H型鋼截面。通常，估算構(gòu)件截面時，板件厚度估算應(yīng)當(dāng)將截面高度、翼緣寬度等作為依據(jù)；截面高度、翼緣寬度估算應(yīng)當(dāng)將支座情況以及荷載情況作為依據(jù)；鋼梁選擇、梁柱大小與性質(zhì)、支撐斷面的設(shè)計則都應(yīng)當(dāng)以建筑需要為依據(jù)。

3.4支撐系統(tǒng)設(shè)計

（1）屋蓋支撐系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。此支撐系統(tǒng)具體包括以下結(jié)構(gòu)：系桿、橫向與豎向支撐、垂直支撐等，要想確保設(shè)計水平，就要結(jié)合此工業(yè)廠房的跨度、屋蓋結(jié)構(gòu)形態(tài)、主網(wǎng)的布局狀態(tài)、廠房現(xiàn)實(shí)高度、振動設(shè)備等來選擇支撐的設(shè)計、安置模式。不管選擇哪一種形式的屋蓋，都要配設(shè)垂直支撐，而且要注意上弦橫向支撐的安裝。

（2）柱間支撐的設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的不同區(qū)域都應(yīng)該設(shè)置柱間支撐，而且要確保此系統(tǒng)的牢固度、穩(wěn)定性，確保其能同屋蓋結(jié)構(gòu)的橫向水平支撐之間處于協(xié)調(diào)、均衡狀態(tài)。通常情況下，下柱支撐影響著溫度應(yīng)力以及廠房的豎向結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等，對此就要重點(diǎn)做好下柱支撐的安裝，通常配設(shè)在溫度區(qū)段的核心地區(qū)，以此來保證豎向結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、牢固。當(dāng)溫度區(qū)段的范圍較大、長度較長，達(dá)到150m以上時，就要將下段柱支撐配設(shè)在溫度區(qū)段，而且要把握好安裝部位，通常要在溫度區(qū)段中間1/3處，通過這種方式來增強(qiáng)廠房的豎向剛度。

3.5剛架節(jié)點(diǎn)設(shè)計

門式剛架柱腳宜按鉸接設(shè)計，工程上經(jīng)常使用平板錨栓式鉸接柱腳。當(dāng)用于工業(yè)廠房且有5t以上橋式吊車時或未設(shè)置柱間支撐時，應(yīng)將柱腳設(shè)計成剛接，常見的剛接做法有錨栓式、插入杯口式。柱腳錨栓不宜承受柱腳底部水平力，柱底剪力較小時可利用柱底板與砼面摩擦傳遞，剪力較大時應(yīng)在平板底部設(shè)置抗剪鍵承受。一般剛架邊柱與斜梁剛性連接，中柱與斜梁多采用鉸接，對于柱頂位移限制嚴(yán)的情況（帶有駕駛室的橋式吊車廠房）也可采用中柱柱頂剛接。斜梁與柱的剛接，可采用端板豎放、端板平放和端板斜放三種形式。剛性連接宜采用高強(qiáng)度摩擦螺栓，螺栓應(yīng)成對對稱布置，在受拉翼緣和受壓翼緣的內(nèi)外側(cè)均應(yīng)設(shè)置。焊接實(shí)腹式I型截面門式剛架承重結(jié)構(gòu)由剛架和基礎(chǔ)兩部分組成。這里須著重指出的是，與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)體系在受力計算時傳力路徑明確相比，門式剛架承重結(jié)構(gòu)體系的剛架、檁條（或墻梁）以及壓型鋼板間通過可靠的連接和支撐相互依托，體系受力更趨向于空間化。

結(jié)語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在實(shí)際設(shè)計階段，需立足于實(shí)際，綜合考慮建筑施工和使用實(shí)際需求，同時考慮到鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，科學(xué)確定設(shè)計方案，滿足相關(guān)規(guī)定要求的基礎(chǔ)上，做到經(jīng)濟(jì)、合理、穩(wěn)定、牢靠，以促進(jìn)門式鋼架的進(jìn)一步應(yīng)用發(fā)展。

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作者簡介

汪洋（1981-），男，江西贛州，本科，初級工程師，鋼結(jié)構(gòu)方向

（作者單位：深圳市三義建筑系統(tǒng)有限公司）