門式剛架輕型房屋鋼結構設計優化分析

付敏

摘 要：經濟發展、社會進步、生活質量的提升推動了建筑行業的發展，房屋結構設計是建筑行業的重要組成部分，發展空間逐漸廣闊，同時，發展也面臨挑戰，只有設計出更好地房屋結構才能更大程度滿足人們對房屋建設的要求，房屋設計中鋼結構的應用優勢顯著，門式剛架輕型結構在房屋設計中的使用符合當前建筑水平和房屋設計的需求，所以本文就門式剛架輕型房屋鋼結構設計優化展開論述分析，以不斷優化房屋結構。

關鍵詞：門式剛架;輕型房屋;鋼結構設計優化

建筑水平的不斷提升，使輕型鋼結構在房屋建設施工過程中被廣泛應用，我國為了進一步提升建筑建設水平，也對輕型鋼結構的應用提出了對應的結構技術流程，有利于推動鋼結構的合理設計和發展。通過設計門式剛架輕型房屋鋼結構，有利于提升房屋設計質量，以更高的工業化程度、更效率的施工周期、更低的環境污染程度等優化了體育場、倉庫及工業廠房的建筑質量^[1]。為更好的優化門式剛架輕型房屋鋼結構的設計質量，對其開展優化設計是十分必要的。

1 門式剛架輕型房屋鋼結構應用優勢

1.1 門式剛架輕型房屋鋼結構主要特征

自20世紀開始，建筑行業發展逐漸加快，門式剛架也在輕型房屋鋼結構設計中得到順利應用，其已經成為房屋建設的最主要構建方式，門式剛架輕型鋼結構房屋設計中，結構主要是采用H型鋼組成門式剛架，發揮承受重力的作用，以此構成房屋骨架，剛架柱和剛架梁一般采用變截面的楔形梁，既能使構件材料更好的發揮其強度，也可以降低造價，如圖1所示。針對有吊車的房屋來說，大都采用截面階形柱和截面柱進行鋼架柱設計，采用應力圖形接近的變截面楔形梁進行鋼架梁的設計，如圖2所示：

門式剛架輕型房屋鋼結構設計靈活性高，該結構的柱網不會受到構建實際情況影響，拆卸方法方便，有利于反復對鋼架進行回收利用，實際施工過程中能夠減少材料消耗，達到綠色、節能、高效益的作用。門式剛架輕型房屋鋼結構自身的截面尺寸小，能夠對建筑內部空間進行充分利用，盡可能的縮小建筑面積，鋼架結構具有較強的高度，運輸過程、制作過程及安裝過程均更加安全和方便。

1.2 門式剛架輕型房屋鋼結構優點

首先，采用門式剛架輕型房屋鋼結構能夠盡可能的縮短施工周期，由于門式剛架輕型房屋鋼結構的所有部件均事先進行了制作，只需要在施工現場施工過程中進行安裝和拼接即可直接應用，該結構自身重量小，有利于簡化安裝步驟，縮短建筑建設的施工周期。

其次，該結構具有較高的空間利用率，鋼筋混凝土結構屬于建設傳統房屋的措施，但是該建設方式所占截面積較大，由于鋼結構自身的截面積較小，能夠最大程度提升建筑物內部利用空間，符合建筑物自身大跨度的要求，有利于節約建筑物內部裝修費用，加之鋼材料的費用較低，所以能夠節約建筑成本，發揮空間優勢，具有極高的利用價值^[2]。

最后，門式剛架輕型房屋鋼結構便于拆卸，在對建筑物進行拆遷時，通過門式剛架輕鋼結構，有利于提升拆遷速度，由于該結構施工過程中大都是采用螺栓進行連接，而且采用鋼材本身，能夠反復進行鋼材料的加工和利用，有利于節約材料，減少材料浪費的情況發生，還不會發生鋼筋混凝土建設過程中水泥砂漿和混凝土污染空氣環境，產生較大噪音的情況出現，應用理念綠色健康，符合可持續發展的戰略要求。

1.3 門式剛架輕型房屋鋼結構的發展進程

科技水平的增長為門式剛架的發展奠定了基礎，推動了輕型房屋鋼結構的進步，我國對建筑質量重視程度的提升，要求必須規范設計鋼結構，以提升輕型房屋鋼結構設計的整體水平，結合以往建設施工經驗，該結構的應用效果不斷優化。但是相對于發達國家來說，我國經濟水平依然較低，應用鋼結構和設計過程中依然存在一定的問題^[3]，與發達國家相比，鋼結構房屋設計和應用依然存在較大的發展空間。我國應用門式剛架輕型房屋鋼結構的形式大都是采用兩鉸門式剛架和無鉸門式鋼架兩種，為提升該結構應用的穩定性，主要采用H型焊接方式以提升鋼架結構自身的穩定性，設計鋼架節點方式基本相同，主要依靠高強度的螺栓對摩擦面進行連接處理。在對門式剛架輕型房屋鋼結構進行設計時，大都是應用標準化的設計機制，雖然該結構在我國應用效果較好，但是不斷發展結構應用優勢，才能夠更好的促進我國房屋結構建設質量的提升。

2 門式剛架輕型房屋鋼結構設計缺陷

門式剛架輕型房屋鋼結構設計過程中存在一定的缺陷，必須不斷完善相關設計方式，設計時，需要綜合考慮多種標準及規范內容，且不同的規范內容間存在一定的交叉性，我國及相關部門發布了較多結構應用標準及技術應用文件，但是卻并未同意相關技術標準和技術文件內容，在一定程度上限制了門式剛架輕型房屋鋼結構的發展^[4]。比如，在門規設計時，需要采用鋼架形式的單屋脊，而在具體結構設計過程中，一旦房屋跨度較大，將不會應用多屋脊結構進行干預，如果應用規定的內容進行設計，會發生鋼材料浪費情況。門式剛架輕型房屋鋼結構設計中存在較大優化空間，由于該結構設計在我國興起時間較短，在各個層面的應用過程中均存在不足情況，進行針對性的結構措施設計時，必須不斷優化相關設計內容，比如對鋼結構的節點連接部位及支撐布置層面進行設計過程中，需要以扎實深刻的理論作為支撐，才能夠保證設計的合理性和應用的安全性及時效性。此外，在鋼結構的計算及應用計算軟件方面，必須保證計算效率和計算的準確性，這就亟待升級計算軟件性能。

3 門式剛架輕型房屋鋼結構設計優化要點

3.1 設計注意關鍵點

設計門式剛架輕型房屋鋼結構過程中，需要從以下幾個方面進行關注設計，首先，對該結構自身的設計，必須要從連接要求出發，優化結構柱腳設計，若是工廠廠房內存在較大的調查，必須采用同一種鋼架結構對柱腳部位進行連接，以盡可能的減少柱頂位移情況的發生，提升鋼結構應用的穩定性。其次，若是輕型結構房屋的墻面設計，必須要從房屋拉條與風吸力方面考慮，結合檁條下翼緣部位所受壓力進行綜合分析，確保門式剛架輕型房屋鋼結構設計的合理性。

3.2 門式剛架輕型房屋鋼結構設計要點

面內主鋼架受力屬于門式剛架結構設計的主要內容，面外鋼架能夠通過系桿及支撐方法，對外界的應力進行承載，主要通過縱向抗側體系進行，所以在設計該結構時，大都忽視縱向計算，缺少對面外鋼架的重視程度，缺少縱向柱底鉸接部位的假定情況，且門架柱腳的設計也會受到拉力影響而影響整體結構。由于縱向支撐會受到剎車力、地震及風荷載等多種力的影響，產生軸向拉力較大，從而影響柱腳的設計，影響基礎設計質量，可對房屋原有的承載力轉變為零應力區控制^[5]。圓鋼是進行圓鋼支撐及縱向支撐鉸接的主要材料，支撐屬于沒有交接點的支撐，所以必須正確對其長度進行計算，去除交叉點，修改鉸接兩端點。在設計鋼架和剛性支撐架過程中，需要從建筑施工情況出發，合理進行支撐點設計，進而采用另一根節點板進行支撐連接。

4 門式剛架輕型房屋鋼結構設計優化

4.1 選型設計優化

為確保門式剛架輕型房屋結構設計質量的不斷提升，在進行結構設計時，需要從房屋施工實際情況出發，提升對不同結構形式的鋼架設計內容改善。在結構設計過程中，應重點選擇設計形式，要從結構自身的安全性進行考慮，采用并排平面設計方式以形成對應的空間結構，在該結構下進行鋼結構的設計應用，有利于提升平面框架結構的設計質量，提升房屋整體的穩定性。在選擇鋼結構的主框架過程中，需要從設計要求出發，合理選擇鋼結構框架，改變傳統的鋼結構框架，以三角形作為主要的房屋屋頂結構，根據房屋形狀合理選擇設計形狀，以確定屋面的結構框架^[6]。

4.2 構件的設計優化

結構構件屬于門式剛架輕型房屋鋼結構的重要組成部分，提升構件設計重視度，優化構建材料及類型的選擇方法，合理構件布局，優化設計截面尺寸，完善截面設計理念，以確保各種設計能夠被優化使用。在施工設計時，需要依照設計規定開展設計優化工作，以分析法進行構件計算，確保計算結果的精準性。

4.3 空間的設計優化

加強空間的優化設計，能夠為建筑空間的提升奠定基礎。所以在進行結構設計過程中，必須從房屋自身的性質、功能及房屋施工工藝相結合后，使施工人員了解相關施工內容，以減少建筑空間設計浪費的情況發生，除此之外，必須對鋼結構的情況進行分析，對房屋自身的投資情況及影響進行綜合考慮后，合理進行房屋空間結構的設計優化。

4.4 支撐體系的優化設計

門式剛架結構中的支撐體系會對鋼架整體結構產生影響，對建筑的安全性能發揮負面作用，支撐體系的主要作用就是對各種荷載力進行承接，并將其上傳至主鋼架位置，分散至地基及基礎部分，與橫向框架連接夠，形成幾何不變體系，以確保鋼結構能夠依靠地面承接荷載力。在第一或者第二開間設置屋蓋橫向支撐，以方便屋蓋能夠產生橫向支撐，強化對鋼架柱間支撐開間的設計，可在其上部設置剛性系桿。十字交叉圓鋼大都是進行門式剛架設置的最主要方式，通過支撐物的裝置，能夠優化支撐效果。若是起重量在5噸以下的橋式吊車進行支撐體系設置時，可采用型鋼進行支撐，以提升該結構的穩定性。

5 結語

綜上所述，建筑行業的發展進步，使門式剛架輕型房屋鋼結構不斷在房屋設計領域廣泛應用，且該結構設計的技術日益成熟，為更好的提升房屋建設結構的穩定性和實用性，采用選型、構件、空間及支撐體系的設計優化是十分重要的。

參考文獻：

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