門式剛架輕鋼結構設計形式及特點分析

孫 毅

（唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北 唐山 063000）

門式剛架輕鋼結構是一種建設周期短、質量可靠性高的現代建筑施工技術，其在擁有諸多優點的同時，也存在抗側力較差等一些缺陷和問題，這就在一定程度上限制了它的應用范圍，而且成為導致工程事故多發的主要原因，這是我們應該注意的一個重要問題。門式剛架輕鋼結構設計工作至關重要，它直接關系著鋼結構的建材用量和工程質量以及安全系數等。近年來，隨著經濟社會的不斷發展，門式剛架輕鋼結構建筑越來越多，很多工業廠房、大型倉庫、體育場館等建筑都采用門式剛架輕鋼結構建造工藝。門式剛架輕鋼結構具有諸多優點，例如：工程設計相對簡單、施工材料用量較少、施工建設速度較快、建筑造型外觀簡潔等，而且鋼結構具有較高的強度，抗震性能好，與普通建筑相比，其自身重量較輕，因此在工程建設領域得到廣泛應用。

1 門式剛架輕鋼結構的主要設計形式分析

在我國工業廠房建設領域，近年來，門式剛架輕鋼結構得到了快速推廣應用，成為一種重要的新型建筑形態。門式剛架輕鋼結構適用于單層工業廠房和倉儲房屋的建設，其結構形式多種多樣，設計建造過程簡單快捷，具有完善的建造標準體系，鋼結構部件便于加工制作和運輸，而且安裝使用方便快速，其結構形式設計主要根據房屋建設規模進行確定，有單跨剛架結構、雙跨剛架結構以及多跨剛架結構等幾種不同形式。

2 門式剛架輕鋼結構的主要優點分析

2.1 具有自重輕的優點

與混凝土結構相比，輕鋼結構的自身重量要小得多，甚至比混凝土結構重量的一半還要小。輕鋼框架結構建造的房屋自身所占的空間更小，頂部和四周的墻壁較薄，大大減輕了建筑的整體重量，鑒于其結構設計的特點，可以實現更加個性化的設計建造要求，更好地滿足房屋建筑的實際需要。而且在設計建造的過程中，可以很好地滿足房屋建設的跨度要求，所使用鋼材的截面尺寸根據設計要求進行確定，由于整體結構的自身重量較輕，建筑結構的占用空間較小，因此其實際使用面積更大。

2.2 輕鋼結構具有良好的穩定性

鋼材本身具有極好的力學性能，抗壓性和抗拉性都很好，具有較大的承載力，剛度和結構強度都非常高，因此具有良好的使用性能，再加上其整體性較強，就使得其抗震性能更加突出。輕鋼框架結構良好的穩定性是由多方面因素形成的，在工程設計建造過程中，以鋼柱和鋼梁組成基本框架結構，由于鋼材具有極高的強度，不僅抗壓性能突出，而且抗拉性能也是其他材料不可比擬的，并且鋼材還具有一定的塑性變形能力，這就使整個框架結構的抗震性能大大增加，結構自身的穩定性得到更好地保障。在地震發生時，可充分吸收消化震動產生的能量，使房屋不僅具有良好的抗拉伸能力，而且還能夠承受一定的扭曲和形變，大大減輕地震造成的危險和損失。

2.3 輕鋼結構的施工速度較快

門式剛架輕鋼結構是由不同的部件組合而成的，其構建加工簡單快捷，施工建設方便快速，而且對地基的地質條件和施工要求不高，極大地加快了施工速度，整個建筑物的建造周期大大縮短。一般情況下，由于輕鋼結構具有一定的設計施工標準，因此工程設計過程和施工建設過程更加標準化和規范化，工程建設人員按照定型的設計方案進行施工即可，更好地避免了偷工減料等違法違規建設行為，使建筑工程質量能夠得到更好地保障。其構件加工制作比較簡單，取材方便，因此能夠實現工業化生產。其安裝施工也比較簡單，而且不會像混凝土結構施工那樣，不會受到天氣和季節的影響，在全年任何時間都可以施工建設，比鋼筋混凝土結構的施工時間要短得多。

3 關于門式剛架輕鋼結構的設計工作探討

3.1 合理設計結構跨度

跨度的確定是門式剛架輕鋼結構設計中極為重要的一個環節。一般而言，跨度主要受兩方面的影響：不同的生產工藝流程和使用功能。門式剛架結構一般根據其使用功能，確定較為經濟的跨度。

就筆者的實際經驗來看，當柱高、荷載一定時，可以適當加大門式剛架輕鋼結構的跨度，這樣的改進不會明顯增加剛架的用鋼量，但在空間的節約方面起著至關重要的作用。設計者應根據實際情況選擇方案，不宜盲目追求大跨度。

3.2 合理設計剛架柱距

剛架最優柱距也是影響門式剛架輕鋼結構性能的一個關鍵因素。剛架跨數、屋面荷載、檁條形式等因素都會影響到剛架的間距。柱距增大，剛架承受的荷載面積增大，檁條和支撐跨度增大，拉條布置增多，總用鋼量呈非線性變化。

3.3 科學進行抗震設計

在進行工程設計的過程中，要注意做好建筑結構的抗震設計工作，首先要選擇有利的建筑場地，以堅硬的中硬土質場地為宜，這樣的場地能夠減少地震對建筑的破壞力，如果無法決定場地選擇時，則必須在其他方面采取一些補救措施。輕鋼結構的總體結構布置至關重要，因此要對結構布局進行合理設計為了進一步提高抗震性能，在設計時要力求建筑形狀更加規則，使其符合力學原理，要盡量保證結構的對稱性，這樣能夠有效增加建筑物的整體性和抗震性。輕鋼結構通常具有更好的堅韌性，在進行工程設計的過程中，要通過科學的設計充分發揮其自身的強度、剛度、韌度等優點，使其具有良好的形變承受能力，以及對地震能量的吸收化解能力。

4 結語

隨著經濟社會和科學技術的發展，各種房屋建筑形態與技術的創新發展，滿足了經濟社會發展對房屋建造的需求。其中，門式剛架輕鋼結構近年來得到廣泛應用，它屬于一種輕型的鋼結構建筑形態，其結構體系設計建造比較簡單，主要是通過門式剛架作為建筑本身的承重結構，再在其頂部配套一種輕型的鋼材屋蓋作為屋頂，在其四周進行墻體圍護，其中還包括必要的支撐系統，共同組成一個完整的鋼結構建筑體系。在工程設計過程中，要按照輕鋼結構的自身特點和設計原則進行科學設計，對結構跨度和剛架柱距進行合理設計，另外還要進行科學的抗震設計，確保門式剛架輕鋼結構的穩定性和可靠性。