浅析轻钢门式刚架设计要点

一.结构设计及构造要求常见问题 （一）、钢柱脚的保护

在结构设计说明中如果没有明确的说明钢柱脚需要用混凝土来进行保护，在进行设计与施工阶段也应该用混凝土进行包裹。之所以将柱脚底板以上一定距离进行混凝土包脚是因为因柱脚与地面接触部分易与周围水汽接触，使柱脚锈蚀，这样做可以有效防止柱脚锈蚀的问题，因此应按《钢结构设计规范》第 8.9.3 条（ 强制性条文） 规定，对柱脚在地面以下部分采用强度等级较低的混凝土包裹（ 保护层厚度不应小于50 mm） ，包裹的混凝土应高出地面不小于150 mm。当柱脚底面在地面以上时，柱脚高出地面的高度不应小于100 mm。

（二）、注意门式刚架的柱脚形式

铰接和刚接是门式刚架的柱脚的两种形式。门式刚架的柱脚多按铰接支承设计。在设计中大多采用平板支座，设一对或两对地脚螺栓当用于工业厂房且有 5t 以下桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。在设计中门式刚架的柱脚。通常要结合结构的高度和荷载的大小，及土质情况及基础造价来确定采用铰接。如果采用刚接柱脚，就是在当房屋的高度荷载较大时，为控制柱顶位移要增大梁柱截面的问题，柱脚就应采用铰接，从而增加用钢量。由于基础的平面尺寸和造价等因素的影响，采用铰接柱脚要承受较大的偏心弯矩。因此，选择何种柱脚形式要根据具体情况综合对比考虑，选择最优方案。

（三）、柱间支撑的设置问题

一 般情况下柱顶位移满足规范要求，可以不没置柱间支撑。但是，对于同一结构，不加支撑时，大部分节点的变形值是设柱间支撑时的 5-10 倍。所以往往要增加柱、梁的截面的面积，不设柱间支撑时来控制柱顶位移，从而增加结构的用钢量。门式刚架房屋宜设置柱问支撑，这样结构刚度较均匀，纵向水平力传力途径较短，结构用钢量少，较为经济，所以在设置柱问支撑还可以提高钢结构的抗震性能。

（四）、结构布置中伸缩缝的设置

门式刚架的跨度和柱距主要根据工艺和建筑要求确定。结构布置主要是考虑温度区段的划分和支撑的布置。在这里要注意支撑的位置和形式应和工艺专业、管道专业等共同确定，以免影响建筑物的使用功能。考虑门式刚架房屋通常刚度不大，温度影响相对较小，一般纵向温度区段长度控制在300 m 以内，横向温度区段长度控制在150 m 以内。当建筑或工艺尺寸超过时，应该设置温度伸缩缝将其断开。温度伸缩缝有两种做法： 一种是可通过设置双柱，另一种是通过檩条的可调节构造（ 如开椭圆孔等） 来实现。

二.钢架设计 （一）、荷 载

永久荷载：包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。可变荷载：包括屋面活荷载、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。

（二）、内力计算

对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。

（三）、侧移计算

变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。

（四）、刚架柱和梁的设计

在设计中要对梁柱板件的宽厚比限值和腹板屈曲后的强度，刚架梁柱构件的强度验算变截面柱在刚架平面长度，和材料的稳定性，变截面柱在刚架平面外的整体稳定进行计算，从而进行节点设計。

（五）、檩条设计

檩条属于双向受弯构件，在进行内力分析时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。应该对材料强度，对整体的稳定性和变形进行计算。

（六）、墙梁、支撑设计

门式刚架结构中的交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆按压杆设计。墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下，也是双向受弯构件

三.轻钢门式刚架设计要点 （一）、节点设计

门式钢架梁柱节点应该为刚节点，为了增加节点区域的刚度和稳定性，梁柱连接节点处柱翼缘钢板厚度需增加，通常按照增加 4 mm 以上处理，同时节点处梁端端板的厚度不得小于 16 mm。而有的设计不考虑梁柱节点域的加强，致使参与连接的板件太薄，造成了节点区刚度太小。同时，节点处柱腹板上要设置横向构造加劲肋，板厚需要满足计算要求，大多设计会考虑加劲肋的设置，但常出现加劲肋厚度不够的情况。有的刚架为了满足造型上的要求，柱可能采用圆形柱或箱型柱，但圆形柱和箱型柱节点处相应的加劲肋应当加到柱里边，这样在实际操作上比较困难，于是很多钢柱柱便不设加劲肋，这样会造成节点域比较弱，也不符合规范要求。遇到这种情况，可以在节点区柱相应位置加外环加劲肋，来起到其构造的作用。有的设计可能出于使用或造价上原因的考虑，采取混凝土柱和钢梁进行连接，同时为了减小钢梁的截面，梁柱节点采取了刚接来减小梁的最大弯矩，但是混凝土为脆性材料，很难做成理想的刚接，螺栓在施工或使用中易发生松动，这种情况下节点就会变为铰接，梁的最大弯矩就会增大，造成梁的承载力不够。所以以钢梁和混凝土柱连接不能做成刚接节点，这样有很大的安全隐患。

（二）、支撑设计与其他设计

门式刚架是由若干榀刚架通过支撑和系杆连接成整体的，把刚架连接成具有空间刚度和整体稳定性的整体结构，为刚架提供平面外支撑点，减小构件平面外的计算长度，还起到传递水平风力、吊车刹车力、纵向温度应力和地震力的作用，避免冷弯薄壁的檩条和墙梁受压失稳，造成屋面和墙面系统破坏。天沟设计时不考虑天沟的保温隔热，这样就造成了天沟处室内外的热交换远远高于其他部位，不利于节能，而且冬季在室内天沟底部还易形成水滴，对门式刚架的使用有一定影响。在设计斜钢梁时，只考虑建筑上屋面的荷载，忽略了钢梁下悬吊的设备管线荷载，造成了钢梁截面设计偏小，造成安全隐患。在檩条的设计中，有的设计人员只考虑檩条毛截面的承载能力，忽略檩条还有 6%～15%由于开孔造成的截面削弱，造成檩条截面设计偏小。

结语

轻型门式刚架结构具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点，在工业厂房中得到较为广泛的应用。但是，我国轻钢结构毕竟起步较晚，在理论与实践中与国外尚有很大差距，在实际工程设计中，由于门架变截面件的截面尺寸需要经过进行准确的计算才可以确定，还有就是设计人员的设计水平和设计经验都不够丰富，没有过硬的设计技术，在选用杆件截面的时候不够合理，容易造成整体结构各杆件应力不均，不够经济，同时在使用使也不够安全，所以需要设计人员进对存在的问题在设计中避免。由于门式轻型钢结构由于其本身结构简单，质量轻，施工周期短等优点广泛应用于工厂、超市等建筑，在设计时要注意对结构风荷载的计算，对钢结构进行相应的力学分析，结合实际，设计出符合设计要求且经济实用。

参考文献

[1]钢架结构设计规范（GB50017-2003）.