門式剛架輕型房屋的經濟合理性設計

黃忠

[摘要]本文分析了門式剛架輕鋼結構的特點，結合工程經驗，重點探討了控制含鋼量的主要因素以及風吸力作用下檁條的設計與構造。

[關鍵詞]門式剛架;鋼材鋼號;跨度;柱距;風吸力;檁條 文章編號：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0051 -01

1 引言

本文結合以往實際工程，介紹單層門式剛架控制含鋼量的主要因素以及如何有效的確保風吸力作用下圍護結構的穩定性。

2 門式剛架的特點

（1）自重輕門式剛架圍護結構為薄壁型鋼+壓型鋼板，自重很輕。鋼結構自身負荷小，可以減少基礎費用。

（2）力學性能好門式剛架特別適合大跨度結構。鋼結構的適用跨度一般要比混凝土結構大，而門式剛架的跨度優勢更明顯。門式剛架做36m跨度輕而易舉，而混凝土結構要做36m跨度極難實現，且必須經過專家論證方可實施。

（3）施工速度快剛架主體構件及檁條、拉條均在工廠加工制作，現場多為螺栓連接，安裝速度快，質量也好控制。

（4）造價低單層門式剛架廠房用鋼量在20～40k/m2，后期維護費用也不高，比混凝土結構經濟。

3 門式剛架含鋼量的控制因素

門式剛架的用鋼量主要與結構形式，建筑尺寸，負荷大小，鋼材級別等條件有關，其中建筑尺寸主要包括剛架的跨度，柱距，檐口高度和屋面坡度。本文主要探討鋼材鋼號，跨度，柱距三方面與門剛架含鋼量的關系，為以后更好的優化工程設計提供一定的參考價值。

3.1 鋼材鋼號對含鋼量的影響。

現在國內門式剛架主要采用碳素鋼Q235和低合金鋼Q345兩種型號的鋼材，隨著建筑鋼材市場的發展和國家推薦使用高強度鋼材的政策調控，Q345鋼和Q235鋼價格差距越來越小，Q345鋼的優勢越來越明顯。

門式剛架主要由鋼柱和斜梁組成主要受力構件。鋼梁的截面大小主要由屈服強度控制，鋼梁的平面外有屋面檁條和隅撐的支撐以及屋面壓型鋼板行成的蒙皮效應，鋼梁穩定性很容易滿足。Q345鋼的屈服強度約為Q235鋼的1.4倍，鋼梁采用Q345鋼對優化含鋼量效果非常顯著。鋼柱的截面大小則主要由長細比和穩定性控制，Q345鋼柱的控制長細比約為Q235鋼柱控制長細比的80%，也就是說同截面鋼柱的計算長度采用Q345鋼比Q235鋼限制更加嚴格。我們在設計中一般對鋼柱平面外設置柱間支撐或剛性系桿來減小鋼柱計算長度，比增大柱截面更合理更經濟。因使用功能要求無法設置支撐和剛性系桿，采用高強度鋼對平面外穩定性計算也是有利的，參見鋼結構設計規范GB5007 - 2003第5.2.2條。

根據以往的工程經驗，在荷載相同、跨度相同條件下，Q345門剛用鋼量較Q235門剛用鋼量少，且隨著荷載增加，用鋼量差值增大。

3.2門剛跨度對含鋼量的影響

門式剛架體系存在經濟跨度，不宜盲目追求大跨度。常規門式剛架的經濟跨度在18～ 30 m，根據吊車噸位大小合理選用。采用合理跨度可以節省鋼材，降低總造價。經濟跨度的主要影響因素是荷載，因為荷載大則柱截面大，若跨度較小，柱用鋼量占比大，會使其單位用鋼量上升。若跨度太大，梁截面顯著增大，也會增加單位用鋼量。

對于多跨門式剛架，中間柱可以設為搖擺柱與鋼梁鉸接來減少用鋼量，但并不是搖擺柱的數量越多越經濟，與邊柱較近的兩跨中間柱若設為搖擺柱，則會使彎矩傳遞至邊柱，邊柱截面設計很大，在經濟上和使用功能上都很不合理。

3.3 門剛柱距對含鋼量的影響

通過不同柱距門式剛架的比較，可以發現，柱距小于7m時，用鋼量隨柱距的增大呈降低趨勢。柱距在7～9m內，用鋼量變化很小。柱距超過9m后，用鋼量逐步上升。當荷載條件相同時，各種跨度剛架體系的經濟柱距基本相同，但跨度越大時，采用經濟柱距的效益越顯著。

由此可見，對于常規門式剛架，其經濟柱距一般為7m～9 m，采用合理的柱距可降低總造價，經濟效益非常可觀。

4風吸力作用下圍護結構的合理設計

在風吸力作用下，檁條下翼緣受壓，上翼緣拉條不能保證檁條下翼緣的穩定。在半封閉型門式剛架廠房中，角部和邊緣區域的風荷載體型系數比較大，檁條計算在風吸力作用下的穩定性很難滿足，即使是采用Q345鋼的檁條截面尺寸也不小。相對中間區域的風吸力則較容易滿足，但檁條截面高度須設計同高，否則屋面很不美觀且嚴重影響屋面排水。圍護結構主要含鋼量就體現在檁條墻梁的截面上，因此純粹增大截面不經濟，設計上常采取構造措施保證下翼緣風吸力作用穩定性，即采用雙層拉條，在檁條下翼緣1/3處同樣設置拉條來約束。雙層拉條在施工上會稍有不便，但拉條僅占總含鋼量的2%～3%，當風吸力起控制作用時，設置雙層拉條比增大檁條截面要經濟很多。

5結論

在門式剛架設計中若能結合工程特點和條件，合理選擇Q235鋼或Q345鋼，采用經濟跨度和柱距，從而節約鋼材，降低造價，達到較高的經濟效益。在風吸力作用下圍護結構檁條及墻梁采用斜拉條互拉的做法，值得在國內大力推廣，有利于促進我國鋼結構的技術進度和工程普及。

參考文獻：

[1] CECS102： 2002.門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程[s].

[2] GB50017 -2003，鋼結構設計規范[s].