單層輕型門式剛架結構設計要點

摘要：近些年來，門式剛架結構由于施工方便、經濟實惠等優勢，得到廣泛應用。本篇文章探討了單層輕型門式剛架結構的特點，系統地論述了整個結構體系的布置、各構件的設計關鍵點以及設計中需要考慮的一些方面。

關鍵詞：單層輕型門式剛架結構;設計;要點

前言：

總的來說，中國的鋼結構住宅起步較晚，自1978年以來，一些低層和多層鋼結構建筑從國外進口，讓我們有機會從中學習。大規模研發鋼結構住宅的開發、設計、制造、安裝等仍處于起步階段，近些年來剛剛發展起來。它是近年來才發展起來的。就目前而言，已在北京、天津、上海、廣州和深圳開展了低風險、多層和高層鋼結構的試點項目。而且已建成數十萬平方米，說明鋼結構住宅有著較好的發展前景。單層輕型門式剛架結構是指以H型焊接鋼、H型熱軋鋼或冷型薄壁鋼為主要承重框架的實腹式門式剛架或網架結構，鋼結構采用輕型門式剛架結構。剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼做檁條、墻梁;以壓型金屬板做屋面、墻面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質聚氨酯泡沫塑料、巖棉等作為保溫隔熱材料并適當設置支撐的一種輕型房屋建筑結構體系。

1、單層輕型門式剛架結構特點

1.1質量輕

殼體結構由金屬板、玻璃棉和冷成型薄壁鋼組成。屋頂和墻壁都很輕。據統計，單層洞口承重結構用鋼量一般為10kg/m2～30kg/m2。在一樣的延伸和荷載作用下，結構自重僅為鋼筋混凝土結構的1/20～1/30左右。由于結構輕巧，地基體積小，地基處理費用低。而且，在一致的地震烈度下，結構的地震反應較小，但當風荷載較大或房屋較高時，風荷載可以成為單層輕型門式結構的控制荷載。

1.2門式剛架結構工業化程度高，施工周期短

主要零部件和附件大部分在工廠制造，質量有保障，現場安裝較為方便;在基礎設施之外，基本無濕作業;高強度螺釘主要用于組件之間的連接，能夠以較快的速度進行安裝[1]。

1.3綜合經濟效益高

門式剛性框架結構一般借助計算機輔助設計，得到的綜合經濟效益相對較高，設計周期也相對短。原材料的類型也比較單一。組件方面是借助先進的自動化設備制造的。因此，門式剛性架的設計周期不長，資金收益快，投資效果高。

1.4柱網布置相對靈活

以往的鋼筋混凝土結構，由于受屋面和墻板尺寸的影響，間距一般為6m。如果選擇12m的分割距離，則必須設置支架和墻線。門鎖保護系統采用金屬壓板，立柱網絡配置不受模塊影響，立柱間距主要根據應用要求和最小用鋼量原則確定。

2、設計中的關鍵點

第一、，因為門式剛架結構的剛度和結構構件的扭轉較小，并且整體剛度不強，因此在運輸和組裝過程中，必須采取一些的手段，來防止構件彎曲和變形[2]。

第二、注意支撐系統和角撐的布置，以及屋面板、墻板和構件之間的連接結構，以便它們能夠參與結構的整體工作。

第三、構成構件的構件較薄，設計中應考慮制造、安裝和運輸的要求。

3、結構形式及結構布置

3.1結構形式

門式剛架結構形式按跨度分為單跨、雙跨、多跨，按屋脊數分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡。屋面坡度宜為1/20～1/8。無橋機房屋采用單脊、雙坡、多跨剛架時，剛架柱不是特別高，風荷載不是很大時，根據“集中用料”的原則，中間柱宜采用兩端鉸接的擺動柱方案。門式剛架柱腳多采用鉸接設計。在工業廠房中使用時，有橋式起重機時，柱腳應設計為剛性連接。門式剛架可配置起重能力不大于3t的懸掛式起重機和起重能力不大于20t的輕型、中型工作單梁或雙梁橋式起重機[3]。

3.2結構布局

3.2.1建筑尺寸及剛架布置

門式剛架的設計跨度應為9～36m。當列寬不同時，外側應齊整。高度應根據使用所需的室內凈高確定，以4.5～9m較適合。門式剛架合理間距應綜合考慮框架跨度度、荷載條件、使用要求和其他因素，一般為6m、7.5m、9m。縱向溫度區小于300m，橫向溫度區該路段小于150米。

3.2.2檁條和墻梁的布置

檁條間距應綜合考慮天窗、通風脊、采光帶、屋面材料、檁條規格等因素，根據計算確定。一般應等間距布置，但應在屋脊處沿屋脊兩側布置一個，在天溝附近布置一個。側墻梁的布置應考慮門窗、飛檐、雨篷等構件的設置及圍護材料的要求。

3.2.3支架和剛性拉桿的布置

第一、在每個溫度段或分期施工段，應分別設置能獨立形成空間穩定結構的支撐系統。在有柱支撐的隔間內，應同時設置屋頂橫向支撐，以形成幾何不變系統。

第二、 端部支架應設置在溫度段末端的第一個或第二個托架中。柱間支撐間距根據房屋縱向應力和安裝條件確定，一般為30m～45m。當房屋高度較大時，柱間支撐應分層設置;當房屋寬度大于60m時，應適當支撐內柱。當端部支架設置在端部的第二個隔間時，應在第一個隔間的相應位置設置剛性拉桿。

第三、在剛架轉折點（多跨剛架邊柱頂、屋脊、中柱頂）沿房屋全長設置剛性拉筋。

第四、對于由支撐斜桿組成的水平桁架，直腹桿應視為剛性系桿。剛性拉桿可用檁條制成。此時檁條應滿足壓彎構件的承載力和剛度要求。當不符合要求時，可在剛架斜梁之間設置鋼管、H型鋼或其他截面構件。

4、剛架設計

4.1荷載和荷載組合

4.1.1永久荷載

永久荷載包括結構構件的自重和懸掛在結構上的非結構構件的重力荷載，如屋頂、檁條、支架、天花板、墻體構件和剛架的自重。

4.1.2可變荷載

可變荷載包括屋面活荷載（設計屋面板和檁條時應考慮施工和維護的集中荷載，其標準值為1kn）、屋面雪荷載和灰荷載、吊車荷載、地震作用、風荷載等。

根據不同荷載組合下的內力分析結果，找出控制截面的內力組合。控制截面位置一般在柱底、柱頂、柱牛腿連接、梁端、梁跨中截面。

結語：

目前，隨著我國建筑業的快速發展，出現了多種新的結構形式，它廣泛應用于建筑工程中。為了更好的發揮其結構優勢，在設計工作中必須合理分析其設計要點搞好設計優化，確保設計質量，提高結構穩定性，降低建筑成本，更好地應用于中國建筑業促進中國建筑業的發展。

參考文獻：

[1]欒昱禎.門式剛架輕型房屋鋼結構設計要點[J].工程技術研究，2020，5（10）：214-215.DOI：10.19537/j.cnki.2096-2789.2020.10.099.

[2]惠曉飛.分析單層輕型門式剛架廠房結構設計[J].居業，2020（05）：21-22.

作者簡介：劉思，（1981-），女，漢，北京，本科，結構設計人員，高級工程師。