轻型门式钢架结构的设计和应用

万 春

(中国水利水电第七工程局有限公司科研设计院，四川成都 611730)

1 概述

轻型门式钢架是一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架主要包括钢架斜梁、钢架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。近几年，随着压型钢板和H型钢的引进及其在我国的发展，轻型门式钢架结构在单层工业厂房、超市、展览馆、库房以及各种不同类型仓储式建筑中均有着广泛的应用。

2 结构类型和截面形式

按结构类型，轻型门式钢架一般可分为单跨钢架、双(多)跨连续钢架或双(多)跨中间交接柱钢架等类型，其截面可为等截面或变截面。其柱脚构造可为铰接，亦可为刚接，后者具有较强的侧向刚度。

按钢架梁、柱截面类型可分为实腹式钢架及格构式钢架。前者梁、柱一般采用H型实腹截面，其刚度较强，但其用钢量稍多;后者一般采用小截面角钢、钢管等构件组合的格构式梁、柱截面，其加工制作较为复杂，但用钢量较省，适用于大跨度钢架。

此外，钢架梁柱截面亦可采用蜂窝梁、蜂窝柱等空腹结构，但实际应用尚不多。

3 钢架主要结构方案的选择

3.1 门式钢架承重结构主要结构方案的选择

钢架的间距与钢架的跨度、屋面荷载以及檩条形式等因素有关。

在钢架跨度较小的情况下，选用较大的钢架间距会增加檩条的用钢量，这种做法不经济。经过统计比较，随着柱距的增大，钢架的用钢量逐渐下降，但当柱距增大到一定数值后，钢架的用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓，而檩条、吊车梁、墙梁的用钢量则随柱距的增大而增加，但就建筑物总用钢量而言，随着柱距的增大则是先下降，然后再上升。综合各项用钢量数据表明，对一定条件下的轻型门式钢架结构来说，应该存在一最优柱距。

门式钢架承重结构由钢架和基础两部分组成。门式钢架承重结构体系的钢架、檩条(或墙梁)以及压型钢板间通过可靠的连接和支撑相互依托，其体系受力与传统钢结构体系相比更趋向于空间化。基础型式多采用钢筋混凝土独立式基础。根据建筑物对侧向位移和变形的不同要求，从节约用钢量的角度出发，可采用变截面梁柱、基础铰接结构方案或等截面柱变截面梁、基础刚接结构方案。设计时应依据实际情况，按最合理的钢架承重结构方案选用。

3.2 檩条或墙梁与彩色金属压型钢板组合屋面或墙面围护结构主要结构方案的选择

檩条和墙梁目前主要的构件型式是采用C型或Z型薄壁型钢，截面大小均须经受力计算后确定。C型截面与Z型截面相比，强弱轴的力学性能差异较大，且与钢架的连接多为螺栓铰接，计算时应按简支考虑(Z型截面间可通过可靠搭接实现刚接，故可按连续梁计算)。从受力状态、计算结果以及构造等角度看，后者更合理。所以，除门窗洞口以及其它特殊节点处理需要外，应优先选用Z型截面。檩条与墙梁的间距一般决定于压型板的板型和规格，经过力学计算后确定，从构造要求的角度上看一般不超过1.5m。彩色金属压型钢板、复合板依托其内侧檩条或墙梁组合成屋面或墙面围护结构。

3.3 支撑系统主要结构方案的选择

刚性系杆构件选用型钢和钢管，并与钢架通过螺栓铰接，其截面的大小一般按压杆稳定性要求或通过受力计算决定，其设置主要考虑钢架转角和屋脊联结处(其中屋脊处的刚性系杆可由用于此处屋脊构造需要的、刚度较大的双檩条及联结所代替)。另外，刚性系杆的间距主要取决于钢架构件的平面稳定性要求。对刚度较大的吊车梁等均可作为刚性系杆考虑。水平支撑主要分为拉杆支撑和压杆支撑两类。拉力系统主要用于抵抗较小的水平力作用以及用于水平位移和变形要求不严格的建筑，后者则相反。水平支撑设置的最佳位置应考虑在每个温度单元的中部，且要求将屋面梁间和柱间水平支撑设在同一开间，同时，支撑间距应满足相关规程规定。另外，建筑物的端部第一或第二开间以及温度缝两侧开间考虑空间协同作用的需要，也要设置水平支撑。水平支撑构件截面的大小主要决定于纵向水平力作用，且须经受力计算确定。隅撑构造是连接于I型截面的远端翼缘和檩条或墙梁之间，起I型截面远端翼缘板的板件约束和平面外支点作用。隅撑主要设置在I型截面远端翼缘板的受压区，间距应符合避免翼缘板板件屈曲的条件和钢架平面外稳定性计算要求，目前主要按构造要求设置。隅撑杆件截面型式多选用小型钢，规格大小须经过受力计算来确定。

4 结语

轻型门式钢架结构可实现工厂化加工制作、现场施工组装，方便快捷并节约建设周期;能带来较大的空间(跨度从十几米到七十多米);结构坚固耐用、建筑外型新颖美观、质优价廉、经济效益明显。柱网尺寸布置自由灵活，能满足不同气候环境条件下的施工和使用要求。

［1］宋曼华，主编.钢结构设计与计算［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［2］门式钢架轻型房屋钢结构技术规程，CECS102:2002［S］.

［3］王国周，瞿吕谦，主编.钢结构——原理与设计［M］.北京:清华大学出版社，1993.