門式剛架輕型房屋鋼結構設計要點

欒昱禎

（信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司，四川 成都 610000）

當前，建筑工程項目的周期越來越快，有些項目對于工期要求嚴格，因此一些簡單的構筑物和工業廠房，可以應用門式剛架輕型房屋鋼結構。這種結構施工快、耗材少，較為節能環保，最主要是其材料自重輕，施工起來方便，施工周期短，可以滿足建筑工程項目的進度目標。在實際的工程項目應用中，為了更好地發揮門式剛架輕型房屋鋼結構的優點，要在設計過程中進行優化，抓住設計要點，控制好設計質量，進一步促進我國建筑行業的發展。

1 門式剛架輕型房屋鋼結構的特點

門式剛架是一種較為簡單的結構體系，這種結構形式組成簡單、施工方便，結構自身的尺寸較小，使用空間較大，再加上鋼結構構件可以在工廠內預制好，只需要在現場進行連接，所以施工周期短。鋼結構具有較好的結構性能，自重輕，其能承受的荷載也較大，使得其具有較好的結構適用性，這些特點都使得其在建筑施工中應用較為廣泛。

1.1 施工周期短

由于門式剛架輕型房屋鋼結構的鋼構件事先在加工廠加工好，在現場施工時只需要對其進行組裝和連接，且結構設計時盡量采用螺栓連接，避免現場大面積焊接，所以其施工速度較快；再加上構件的尺寸較小，自重較輕，在施工過程中也不需要大型的設備和機械進行輔助，施工起來較為簡單，也提高了施工效率。這些都使得其施工周期短，能滿足項目的進度目標。

1.2 使用空間大

門式剛架輕型房屋鋼結構屋面荷載較小，對于同樣大的占地面積，這種結構可以將跨度做大，這樣在空間利用方面可以滿足業主的大跨度要求，具有更多的室內使用空間；再加上其特殊的結構形式，可以使得室內空間布局較為靈活，滿足多種建筑需求。

1.3 便于安拆，可循環使用

門式剛架輕型房屋鋼結構便于施工和拆卸，其材料基本都是鋼結構構件，可以循環使用，在施工的過程中也較為環保，不會對周圍的環境造成比較大的影響，符合當前我國可持續發展的綠色建筑理念。

1.4 成本較低

由于門式剛架輕型房屋鋼結構受力比較簡單，可根據受力情況做變截面梁與變截面柱，所以其施工成本也較低，這也符合建設方的需求。對于一些對于抗震性能和穩定性能要求不高的房屋項目，可以廣泛采用此種結構類型。

2 門式剛架輕型房屋建筑的發展

由于門式剛架輕型房屋鋼結構優點較多，所以其發展和應用形勢一片大好。我國為了提高此種結構類型的穩定性，也出具了相關的規范明確其設計方法及內容，如中國建筑工業出版社出版的《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》（GB 51022—2015），內容包括多種跨度的門式剛架房屋結構設計的選材及布置。近年來，隨著鋼結構形式的應用，輕型鋼結構門式剛架結構應用愈發廣泛，在發展的歷程中，將其結構簡化為柱、梁、框架，使得其結構適用性更好。為了更好地促進門式剛架輕型房屋鋼結構的發展，要合理優化其結構，充分應用其結構優勢，消除其結構缺點，提升房屋結構質量。

3 門式剛架輕型房屋鋼結構設計要點

為了更好地促進門式剛架輕型鋼結構在建筑工程中的應用，要結合此種結構的特點，在設計中抓住設計要點，合理發揮其優勢，針對其結構存在的缺點，采取有效的設計措施進行強化，提升其結構適用性。在具體的設計工作中，需要注意以下要點。

3.1 平面構造設計

在門式剛架輕型房屋鋼結構的設計中，由于其平面構造設計與結構形式有著直接的關系，不同跨度的門式剛架結構有著不同的結構類型，所以要合理選擇結構的平面尺寸，合理選擇其跨度，在保證使用空間的前提下盡量簡化剛架結構，使得其平面布局更為合理，結構穩定性更強。

3.2 結構設計

門式剛架結構主要由剛架柱、剛架梁和支撐系統組成。在設計的過程中，應保證：

（1）剛架柱的承載力滿足要求，一般對于柱腳要進行加固設計，提升其穩定性。

（2）剛架梁與柱的連接要牢固，對于跨度較大的結構要增加中柱，提升結構的穩定性。

（3）支撐系統的設計包括柱間支撐系統和屋面支撐系統，進而保證整個設計的穩定性。

3.3 支撐設計

在門式剛架輕型房屋鋼結構的設計中，要注意剛架結構的受力特點，它主要是通過主剛架來承受荷載，支撐桿件及抗風柱形成的側向結構體系來承受風荷載及地震作用。所以，在設計中不僅要重視剛架結構的選型，還要結合實際情況進行支撐的優化設計，要根據柱的受力情況合理設計支撐的形式，要分析柱與支撐桿件之間的受力情況，選擇鉸接連接或者剛性連接，保證支撐的設計不會導致柱腳產生過大的拉應力，以免對基礎不利。在進行圓鋼支撐設計時，要注意該支撐結構實際上是柔性支撐，并且兩個斜支撐是沒有交叉點的，在設計中要按照尺寸要求確定好支撐的長度，做好支撐的連接點設計。

3.4 節點設計

在門式剛架輕型房屋鋼結構的設計中，除了做好以上構件的設計，還需重視結構連接節點的設計，如柱腳節點、梁柱節點、梁拼接節點，這些節點的設計直接決定了結構的穩定性，在設計中要重點對待。

（1）柱腳節點設計。在進行門式剛架輕型房屋鋼結構柱腳節點的設計時，一定要注意柱腳的設計直接關系到了剛架結構的穩定性，為了避免柱頂出現位移影響房屋結構的穩定性，要在柱腳節點處設計平板式鉸接形式，使得結構剛度更好，提升整體結構的穩定性。

（2）梁柱節點設計。在梁柱節點處可以用螺栓連接，以提升房屋結構的整體剛度；同時為了提升結構的穩定性，可以在柱上增設剛性構件。

（3）梁拼接節點設計。在梁拼接節點的設計中，要考慮到梁拼接節點處正好是屋脊線，此處對拼接節點設計的要求較高，需保證此處不會出現形變，以免導致結構失穩；同時吊車梁在后期的運行中，會對結構產生較大的應力，為了提升結構的穩定性，要在此處選擇無基礎拼接的節點設計形式。

4 門式剛架輕型房屋鋼結構優化設計

為了進一步提升門式剛架輕型房屋鋼結構設計質量，發揮其應用優勢，在設計中要對其結構選型、構件設計和空間設計進行優化設計，使得其結構設計更為合理。

4.1 結構選型的優化設計

在實際的設計過程中，設計人員要結合實際的施工情況需要，不斷完善房屋結構形式。一般在門式剛架輕型房屋鋼結構的設計過程中，要合理選擇其結構形式。為了提升門式剛架輕型房屋鋼結構的安全性，可以選擇用單層的門市剛架結構形成一個穩定的平面空間，按照規范中要求的，結合實際的跨度進行結構布置選型，從而提高整體空間的穩定性。此外，對門式剛架輕型房屋鋼結構的主框架進行選擇時，需要以設計要求的實際情況為根據，一般都是通過選擇輕型鋼結構框架來代替傳統的框架，通過柱間支撐系統以及屋面支撐系統來與剛架結構構成獨立的空間穩定體系。

4.2 結構構件的優化設計

由于門式剛架輕型房屋鋼結構的特點是結構尺寸小、室內空間大、成本較低，所以在結構設計時，要對其結構構件進行合理優化，在保證結構承載力的前提下，盡量簡化其結構構造和結構尺寸，對比不同跨度的剛架選用表和構件布置示意圖，選擇成本最優、結構性能最符合要求的門式剛架結構。

4.3 空間布局的優化設計

由于門式剛架輕型鋼結構房屋形式結構多變，在空間布局的設計中一定要靈活處理，可以結合房屋的需求選擇合理的門式剛架類型。對于同樣室內空間的建筑，可以有多種平面形式以滿足空間需求，這就需要設計人員熟練掌握不同跨度的門式剛架的設計方法，綜合考慮其施工成本。例如，一榀剛架寬度為71m，可分為三跨，結構設計時采用兩個方案進行對比，方案一跨度為24m+23m+24m，方案二跨度為23m+25m+23m，經過計算，方案二用鋼量更節省。兩個方案跨度上區別并不大，但經濟性有區別，所以設計時可考慮適當減小邊跨跨度，適當增大中間跨度，這樣更能滿足經濟性要求，發揮門式剛架的優勢，降低了成本。

5 結束語

當前，我國建筑行業快速發展，各種新的結構形式被廣泛應用到建筑工程中。門式剛架結構作為一種傳統的結構形式，結合近年來較為火熱的鋼結構形式，就形成了一種獨具特點的門式剛架輕型房屋鋼結構形式，在工業廠房和物流建筑中得到廣泛應用。為了更好地發揮其結構優勢，一定要合理分析其設計要點，在設計工作中做好設計優化，保證設計質量，提升結構的穩定性，降低施工成本，使得其能更好地應用到我國的建筑行業中來，促進我國建筑行業的發展。