门式钢架结构的稳定性设计研究

马建华

【摘 要】门式钢架作为经典的轻钢结构，是目前我国发展相对较快使用广泛的结构之一，随着国家经济发展步伐加快，对作为主要承重结构的门式钢架的研究逐渐深入，在已知的高强度、轻重量、强韧性、塑性强的基础上挖掘更深层次的稳定特点。本文首先阐述门式钢架结构稳定性具体表现，分析目前存在于门式钢架结构研究的相关问题，最终找到门式钢架结构稳定性设计的要点，力争为相关领域的研究贡献绵薄之力。

【关键词】门式钢架结构；稳定性设计；设计研究

引言

20世纪60年代门式钢架结构开始在我国兴起，到了90年代，随着我国彩色钢板生产发展速度加开，门式钢架结构进入新的发展时期，随着实践研究的深化，门式钢架结构实用范围越来越广泛，通过研究可知门式钢架结构具有许多有点，如强度高、重量轻等，门式钢架结构自重约为30kg/㎡，对比普通钢架结构基础造价节省许多，并且由于其自身强度高，在大跨度等大面积柱网应用非常方便，再有门式钢架抗震效果好，加之构件工厂化，生产速度快，有利于产业化建设发展，随着绿色建筑的推行，门式钢架的可拆卸利用与环保特性广被认可。现行的门式钢架的设计原则是保证整体稳定的情况下，通过调试板件宽厚比率与压杆规格来保证局部稳定性。

一、门式钢架结构稳定性的基本表现

柱网、拉条、山墙骨架等构成门式钢架结构，由于门式钢架本身具备明显的稳定性特点，被大部分厂家应用于厂房、车库等仓储建筑，根据我们考察可以看出，门式钢架结构稳定性具体表现为，与相关类似的钢结构排架相对，门式钢架的H形衡量立柱连接方式可以承受垂直分布压力，对其传递的弯矩有相当大的承载能力，这就控制了弯矩峰值。门式钢架的立柱与衡量采用铰接的连接方式，荷载分布均匀，钢架跨中弯矩的峰值大于门式钢架，这就更凸显了钢架结构的稳定性，优势更加明显。在实际应用中，倘若采用无铰门式钢架结构，其柱脚与基础连接后，结构压力分布均匀，但凡地基条件没有特殊改变，柱脚产生的轴向压力一起作用在基础上，强化机构刚度，满足地基条件下的门式钢架结构的稳定性要求。倘若利用两铰门式钢架，连接方式为铰接，荷载作用远远超过无铰门钢架结构，基于此，我们可以看出门式钢架结构稳定性强，积极利用这种稳定性为建筑服务有利于促进相关行业的发展。

二、门式钢架结构设计中普遍存在的问题

1.荷载取值问题

我们沿用多年0.3KN/m的框架荷载，随着建筑设计发展，屋面结构含屋面板与檩条，此时荷载就要提高至0.5KN/m，在我国的《钢结构设计规范》中规定，无须上人的屋面活荷载应为0.5KN/ m，构建荷载面积与折减系数也有具体规定，目前我国门式钢架通常符合该规定，为与钢结构设计规范保持一致，我们通常选择沿用0.3KN/m这一荷载值，对比国外，发现中外差距较大，国外的荷载值在0.15- 0.5KN/m之间，如遇到国外的钢架结构的使用，在设计时需要适当提高荷载值。根据调查，现行的门式钢架机构中钢架衡量比较细，檩条相对小一些，这就是人为减少荷载值，需要我们格外注意存在的偷工减料的现象。

2.控制屋脊垂度

在我国屋斜梁竖向挠度值应为1/180，这就需要我们经一步验算屋脊垂度，这是我们一直以来惯于忽略的问题，曾经不予以计算。通常我们会将构架分段，通过截断记性程序计算，对各个段的横向与纵向的位移有精准的数据记录，对比允许值与跨中垂度不能超过标准值。其中跨中垂度是屋面刚度的体现，如果刚度小就意味着竖向变形大，倘若刚度本来就小，屋脊下垂后极其容易引起房屋漏水。部分工程中屋面竖向刚度相对小，钢架与屋面呈现斜角进而导致屋面变形。

3.换柱问题

一些门式钢架的设计采用钢筋混凝土及轻钢斜架构成，轻钢斜架采用竖放式端板预埋螺栓连接砼柱，达到节省成本的目的，在建造厂房时，通常利用砼柱与钢结构桁架搭成框架结构，这样的构建只能选择铰接，在多层建筑中国，钢梁与墙的连接也是这样。砼柱相对较脆，连接时容易受外力影响产生松动。在部分设计中，门式钢架需要按照要求将钢柱换成砼柱，此时要保证钢梁不变是不可能的，由于连接不同，受力也各不相同，工程斜梁变细与此有关。

4.檩条问题

檩条计算存在隐患。檩条是冷弯薄壁构件，受力时会玩去，对檩条强度计算主要参考有效宽度，利用相关软件进行精确计算，但个别设计人员不了解设计算原理、计算软件，设计不仅要参考数据还要有明确的判断。除此之外，设计人员有时会忽略净断面及钉孔减弱，根据计算可知当钉孔减弱超过6%以后就会对梁产生影响，因此通常我们对钢架结构分析采用全截的方法。

三、门式钢架结构稳定性设计研究

1.承重结构稳定性

门式钢架结构的承重与间距、跨度及屋面荷载息息相关，结构柱距发生变化会引起钢架的用钢量，如前者增大后者便会变小，这就告诉我们门式钢架承重设计需要优化柱距，承重结构组成就是钢架与基础，在钢架连接墙梁与压型钢板后，它们与支撑完成结构体的受力，在设计时注重高建筑物位移与变形限值得具体要求，门式钢架结构代替了传统的排架结构，减少用钢量，制定出科学合理的承重结构方案。

2.支撑结构稳定性

门式钢架职称结构主要有刚性系杆构架完成，设计内容设计到型钢或钢管的选择，刚性系杆以铰接的方式与钢架结合，通过系杆构件截面可以算出稳定性的基本系数，确定钢架转角与屋脊的连接位置。除此之外刚性系杆间的距离应满足平面的稳定性要求，通常刚性系杆的材料刚度比较大，为了起到完美的支撑作用，需要采用拉杆或压杆支撑的方法，其中拉杆支撑适用于较矮的建筑，压杆支撑要考虑温度单元的中间位置，在相关设计规范条件下，将屋面梁间水平支撑与柱间垂直支撑放在同一开间，其中水平支撑位于建筑物温度缝开间位置，更好的发挥空间协同作用。

3.檩条稳定性

门式结构重要的稳定性构件是受弯构件，其中重要的受弯构件就是檩条。在门式结构稳定设计中，我们要沿着截面形成两个主轴方向的内力，对此进行深入分析，再计算出弯矩的强度、变形与稳定性等相关数据，檩条的压弯板件的宽裕厚都比较大，在受压情况下，会出现弯曲的形态体现，这时强度计算还需考虑面板约束的有效性，借此减弱原来截面强度，我们认为计算时的净截面是提高檩条应力的重要因素，檩条不仅有利于屋面板与悬挂面板的支撑，同时有利于钢架梁柱支撑，这也是钢架平面外结构稳定性的具体体现。

4.拉条与撑杆的稳定性

拉条是应檩条侧向刚度不足时设置的构件，对于檩条侧向刚度大时，不需要拉条辅助，不如轻型H型结构，但当檩条侧向刚度薄弱时为避免檩条出现变形或弯曲，需要再中间设置拉条，通过侧向支撑保证结构稳定性。在设置拉条时要考虑檩条跨度，6米以内的跨度拉条需放在檐口，6米以上拉条放置在檩条三分点位置上，同时配合斜置拉条。拉条的直徑需要考虑荷载与檩条距离，8- 12米之间除了利用拉条保持稳定性外还要防止撑杆，撑杆通常采用钢管、方管等，同时也要辅助斜置拉条。

结束语

综上门式钢架具有相当明显的稳定性，对于门式钢架结构稳定型设计包括承重稳定、支撑稳定、檩条使用、拉条与撑杆设计使用等，只要我们把握好设计要点，进行合理配置一定能实现门式钢架结构稳定性的推广与使用，为相关产业的发展贡献力量。

参考文献：

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