門式鋼架結構工業廠房結構設計探討

李 倩

（合肥水泥研究設計院有限公司，安徽 合肥 230001）

門式鋼架結構作為一種輕型鋼結構，因質量輕、強度高、工業化水平高，工程施工周期短且成本費用較低，被廣泛應用于工業廠房、倉庫、大型體育場以及展覽廳等建筑結構中。然而，盡管其應用優勢明顯，但如果其出現結構設計不合理的問題，會直接影響到建筑質量及其耐久性，嚴重的話可能會產生安全事故，因此有必要對門式鋼架結構設計進行充分研究。

1 門式鋼架結構工業廠房應用必要性

相比于鋼筋混凝土，鋼材因其質量輕、強度高、力學性能好等特征，作為一種建筑材料被廣泛運用于各種建筑結構，這也使得鋼結構整體自重小、抗震性能更為優良。在《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范》 （以下簡稱《門規》）中就規定，當抗震烈度為7 度（0.1g） 及以下時，單層門式鋼架結構一般不需要做抗震驗算。輕鋼結構安裝方便、快捷，無論在施工人員的數量、施工工序，還是施工時間上，相比傳統的鋼筋混凝土結構都有著較為明顯的優勢。此外，在工業廠房中應用輕鋼結構的一個重要原因就是造價成本低。同時，鋼構件在現場拼裝前可根據設計要求提前生產，前期制作環節也使得整個建設工期大幅度縮減，施工成本進一步降低。鋼架結構作為一種可以多次重復使用的材料，可以根據工業廠房的實際要求進行拆卸重組，因此鋼架結構在使用中也有著較好的環保性能。

2 實例分析

2.1 工程概況

某地工業廠房的高度為二十米，跨度為三十米，倉庫里面是十六米高的鋼板倉，沒有吊車等設備，有一千六百五十平方米建筑面積，室內外的高差為三百毫米，要求采用門式剛結構進行設計安裝。此外，該地為七度的抗震設防烈度，基本的地震加速度值在設計中為0.10g。該地距離海洋較近，基本的風壓0.6kN/m2。工程中采用Q345B 級鋼，結構安全等級為2 級。

2.2 結構布置

焊接H 型截面門式剛架是該工程的主承力體系，壓型鋼板輕型材料是建造外墻圍護結構和屋頂的主要材料。剛架柱柱腳固結，要采用全高等截面的柱子。為了使柱子平面外的計算長度能夠盡量減小，使整體結構空間的穩定性得到保證，就要在廠房縱向每榀鋼架柱間除了設置剛性系桿在柱頂之外，還要額外設置兩道剛性系桿在柱中。同時還要設置通長剛系桿在屋蓋的縱向，它們之間的間距一般。

2.3 結構設計分析

該建筑工程的實際高度為二十米，這個值高于GB51022-2015《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范》中十八米的要求，因此在實際的設計過程中不能完全參照《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范》，應該對其他結構的設計規范進行參考。

1） 載荷：恒載、活載以及風荷載都在載荷需要考慮的范圍之內。其中根據《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范》和GB5009-2012《建筑結構荷載規范》取風荷載的較大值。經過對比可以發現，柱子有更大的《建筑結構荷載規范》風荷載，而梁有更大的《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范》風荷載。鑒于以上這種情況，建議采用《建筑結構荷載規范》風荷載來進行結構整體的計算，在進行屋面斜梁的驗算時可以使用《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范》風荷載。在輸入柱子的風荷載后，計算時可以采用梯形荷載等方式。

2） 板件寬厚比控制：構件不僅要滿足撓度和強度的要求，同時還要滿足局部穩定的要求，所謂的局部穩定就是指腹板應該達到高厚比的要求，翼緣應該達到寬厚比的要求。在《鋼結構設計規范》中所規定的腹板高厚比要比《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》中的規定嚴格許多，這是因為腹板的屈曲后強度也在輕鋼結構設計的考慮范圍中。

因為《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范》的限制高度已經不適用于該建筑工程，因此在進行控制時不建議采用《門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規范》。對于輕屋蓋廠房來說，如果它的設防烈度在八度或者以下，就能夠采用性能化設計，這種方法有兩種情況：一是低延性和高彈性承載力，二是高延性和低彈性承載力，也就是說在不同地震作用的承載力情況下，如果構件的強度和穩定都能夠達到的一定的要求，那么就允許構件在計算彈性設計階段板件寬厚比時采用不同的限值。該建筑工程的性能設計方法采用“低延性和高彈性承載力”，也就是說當有較高的地震作用承載力時，如果結構能夠滿足這一要求，就能夠允許構件在計算彈性設計階段板件寬厚比時采用比較低的限值，這就使板件寬厚比的要求在一定程度上放寬了。當有兩倍多的地震作用承載力時，如果結構能夠滿足這一要求，那么就允許構件在計算彈性階段板件寬厚比時采用GB50017-2003《鋼結構設計規規范》的限值。

3 柱頂位移控制以及梁撓度

在本建筑工程中沒有橋式吊車，因此可以采用《鋼結構設計規規范》中無橋式吊車的單層框架柱頂位移H/150 的限值來進行柱頂位移的控制，但是從施工現場的實際情況出發，由于毛米倉距離廠房內鋼柱太近，因此在進行柱頂位移控制時，取限值的H/180。經過計算后，可以知道本建筑工程由風荷載控制柱頂的位移。為了使柱頂的水平位移得到充分的滿足，柱截面在增大時屋面的梁截面也要隨之增大，這樣就會很少使用到梁，同時還能夠充分保證梁的撓度。

4 結語

總之，該建筑工程所選取的柱頂位移限值參數和荷載都比較合適，同時在設計超高門式剛架輕鋼結構時采用了“低延性和高彈性承載力”的性能設計方法，這樣一方面使結構的安全性得到保證，另一方面又降低了經濟成本。