門式剛架輕鋼結構設計中的相關問題

摘? ? 要：步入新世紀后，經濟條件的提升促使我國建筑行業不斷進步，且發展速度日益加快，在基建事業中，門式剛架逐漸普及與推廣，并起到了重要作用，成為常用的構件。提高門式剛架的穩定性與質量，能夠充分延長其使用壽命，促進基建事業的發展。影響和決定門式剛架最終質量的主要因素是設計與施工過程，其中設計是施工的指導，本文聯系實際，對其輕鋼結構設計中的相關問題進行闡述，提出了保障產品質量的有效措施，希望能夠提供參考。

關鍵詞：門式剛架;輕鋼結構設計;相關問題

1? 引言

門式剛架是我國目前使用最廣泛的一種輕鋼結構，隨著建筑行業的迅猛發展，各種類型的建筑工程紛紛動工，它憑借著造價低廉、用料較省、性能較好、施工流程簡潔等優勢吸引了廣大建筑行業從業人員，在市場中占據一席之地，尤其是在廠房、倉庫、車間等房屋中，已經成為主要結構形式，具有重要作用。雖然門式剛架結構簡單，但在實際生產中，其結構設計包含多方面因素，都會對最終產品的質量結構造成影響，需要格外重視。

2? 施工材料選擇

材料的選取對于門式剛架整體結構強度和穩定性具有重要影響，材料本身的防腐、防潮、防氧化等性能也會決定產品的使用壽命和耐久度，唯有選擇最為適宜的鋼材，才能夠保障門式剛架成品的各項性能，滿足設計要求。我國建筑工程中所用鋼材種類繁多，在選擇時，應考慮以下因素：

2.1? 設計結構與方案

門式剛架的結構體系十分傳統且靈活，上部的主要構架包括了山墻骨架、鋼架斜梁等，可以在不影響最終質量的前提下對其它次要構件進行增減，以適應實際施工需求，整個結構受力簡單，傳力路徑明確，但在大型門式剛架結構中，各個節點所承受的應力較大，因此對材料強度性能要求較高。我國Q235A和Q345A鋼材含碳量較高，分別是0.14%-0.22%和0.20%，不能保證產品完全符合焊接要求，因此根據國家相關規定，此二種鋼材不能用于門式剛架的構建。而含碳量較低的Q235B、Q345B等鋼材，都能夠充分滿足焊接要求，應根據供貨的季節特點、材料市場價格波動、結構用鋼量等多種因素進行考慮，對于配備了吊車的大型工程，可使用Q345B鋼材，若無吊車，使用Q345鋼材時不能充分發揮其較高的強度性能，則可使用Q235B作為替代。

2.2? 氣候與溫度

門式剛架所處地域的氣候特征與溫度因素對于結構的耐久度會產生較大應吸納過，當處于低溫環境中時，鋼材會發生冷脆，因此在低溫環境中需要使用焊接的門式剛架結構應采用抗低溫的鎮定鋼;在高溫環境下，鋼材則容易發生氧化，應對其進行防氧化處理;潮濕環境中則要增加防銹涂層。

2.3? 布置柱間支撐

為確保整體結構的穩定性，需布置柱間支撐，首先，在設計圓鋼支撐體系的過程中，應充分考慮到圓鋼側向支撐結構缺乏較大的強度、容易發生連接松弛現象的特性，增設支撐結構，并使用加緊裝置，如花籃螺栓，從而保障結構始終處于緊張狀態;在重量較大的橋式吊車結構中，則應當通過參數計算設計合理的制動結構，例如制動板，確保結構的穩定性;在山墻面，應當根據實際結構的需求設置搖擺柱，以有效減小鋼架梁跨度與截面，保證結構的穩定性。但需要注意，搖擺柱在減小截面的同時會增加鋼架柱邊柱的計算長度，因此，應綜合考慮結構穩定性與建設的成本，控制搖擺柱數量，并對改變后的截面和計算長度等進行修正，注重搖擺柱與所需鋼架邊柱長度的關系。

2.4? 柱腳抗風問題

抗風柱是門式結構中山墻處常用的構件，可對山墻處承受的風荷載進行傳遞，通過鋼梁、鉸接點等將其均勻傳遞給整個承重結構和基礎，從而避免山墻風荷載過大、引發安全事故。抗風柱主要原材料為鋼筋混凝土，在門式剛架輕鋼結構中，其布置方式與傳統方式略有差異，需要將抗風柱的柱腳使用基礎鉸接或者剛接的方式與下方基礎構建緊密連接，并將柱頂與屋架相接，將屋面的荷載均勻分攤給鋼架和抗風柱，且抗風柱同時承擔縱向荷載與水平風荷載，從而提高整體結構的穩定性。由于在該結果中，抗風柱承受荷載較大，應力方向較多，因此需按照雙向受壓的壓彎構件來進行設計，并注重柱腳部分的抗風問題，剛接方式會致使抗風柱傳遞給基礎的彎矩與軸力大幅增加，增大偏心距，對基礎的構建造成一定影響，但若是抗風柱較高，為提高柱腳的抗風性能，可采用剛接的方法。

3? 維護系統設計

為抵御風雨，應在門式剛架中設計完善的維護系統結構，其需要具備防水、防潮濕、保溫隔熱與采光等多項功能，并且需要充分考慮到美觀性。圍護結構包括檁條、拉條、保溫棉、內外層板、收邊等多個結構，在設計時，應根據實際需求選擇各部分材料與構件、設計結構，例如可采用通長式氣樓立面結構來增加室內通風，并輔以通長式換氣裝置。在設計時，需要注意完整地體現設計意圖，明確各個節點的邏輯關系，為實際施工提供清晰的依據，還需明確其與主體結構的適應性，增設配套件，對于不同規格、型號的彩板、收邊等，應當在設計圖紙中進行清晰的標注。

4? 整體變形問題

整體變形與坍塌的主要來源是屋面荷載過大，因此應注重對屋面荷載的計算與確定，在門式剛架結構中，屋面活荷載需要在活荷載和積雪荷載中取最大值，做好防范，還應當綜合考慮屋面高差、女兒墻處積雪荷載等，當積雪不能均勻分布時，應當按照不均勻分布系數來合理取值，完成計算。另外，由于構件截面較小，門式剛架結構對于積雪十分敏感，當其所使用的環境中溫度普遍較低、降雪量較大時，應當對有積雪的部位進行特殊處理，如增大屋面檁條的橫截面積或者縮短間距，提高結構的穩定性與安全性，還要充分考慮積雪不均勻分布問題，避免由于屋面檁條穩定性喪失導致主鋼架梁平面外失穩、影響門式剛架結構整體穩定性，造成整體變形和坍塌的問題。

5? 鋼梁分段問題

對于變截面的分段，由于其為整體加工，可著重考慮彎矩，不考慮其他因素;對于螺栓連接的分段，應盡量避免在屋脊處分段，而是盡量實施整體加工，方便受力，并且能夠為屋脊檁條和屋面板的安裝提供便利;在分段時，需要充分考慮彎矩最小處，并盡量與抗風柱位置錯開，還要考慮到運輸和施工現場的設備條件，考慮最大長度是否滿足現場條件。

6? 剛架計算模型

門式剛架的計算模型可采用三維或者二維模型計算法，在二維模型中，需要對門式剛架、屋面支撐、柱間支撐、檁條墻梁等進行分別計算，需要對不同設計圖紙進行整合;而采用BIM技術生成3D可視化圖紙，則能夠完整地將所有因素整合到一張圖紙中，建立整體的結構模型，并使用信息技術自動生成吊車的荷載，還可自動對門式剛架、屋面支撐、柱間支撐等進行計算，并通過設計圖中的數據對整個結構所需材料的量進行計算，給出報價預算，最后，還可生成渲染效果圖，用于宣傳或者對設計結果的審核等。

7? 結束語

門式剛架在如今的工商業、文娛等多種建筑工程中得到了廣泛應用，其結構簡單，用材較少，造價較低，但整體結構強度高，在未來具有廣闊發展空間。為確保結構的穩定性與合理性，提升門式剛架結構的耐久度，應注重設計過程中的各項細節，進行合理安排。

參考文獻：

[1] 張凱靜，周建文.某門式剛架輕鋼結構廠房施工階段倒塌事故分析[J].山西建筑，2020（7）：8+10.

[2] 劉磊，劉偉偉，梁宗敏.變截面門式剛架輕鋼結構優化設計[A].北京力學會第26屆學術年會論文集[C]，2020.

[3] 韓曉宇.芻議門式剛架輕鋼結構設計與施工[J].建材與裝飾，2019（33）：123～124.

作者簡介：

粟宇僉（1984—）男，漢，湖南長沙人，本科，工程師，研究方向：房建設計。