浅述门式刚架设计

魏立峰

【摘 要】近年来，随着我国经济的快速发展，门式刚架结构以其诸多的优点，在建筑工程中的应用日益广泛。门式刚架结构具有受力简单、传力路径明确等特点，并且操作简便，可大幅度缩短工程工期，节约工程投资成本。本文主要针对门式刚架结构设计中的主要内容进行探讨，旨在提高门式刚架结构设计质量，促进我国钢结构应用的发展。

【关键词】建筑；门式刚架；结构；设计

门式刚架作为轻钢结构的一种，其具备以下特点：跨度大、施工周期短、结构布置灵活、安装及迁建方便、材料相对节省、对地基适应能力较强。

因此，近些年来已被广泛应用于单层工业厂房等结构中。鉴于门式刚架本身的受力特点，在结构设计中大都以二维模型计算单榀刚架，然后根据计算和构造满足各规范对于柱间支撑、水平支撑、隅撑、檩条、拉条等方面的要求，从而满足整个结构的三维受力性能。本文着重针对设计中涉及的构件计算及构造进行探讨。

一、门式刚架轻型房屋结构的特征

门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20～1/8。门式架的横梁和钢架柱根据建筑物的跨度、高度、荷载大小及荷载种类可采取变截面或等截面。一般将铰结梁柱间的单层结构称为排架，多跨多层的钢架类型结构称为框架。

二、门式刚架结构设计的主要内容

1.柱脚节点的设计

根据柱脚能否抵抗弯矩进行划分，将柱脚分为刚接柱脚和铰接柱脚两种。通常情况下，铰接柱脚运用的是锚栓连接，刚接柱脚包括锚栓加劲板连接和埋入式连接。铰接和刚接最大的区别则是控制侧移上的不同，若结构对侧移的控制较严格，则应运用刚接柱脚的方法，例如：当存在吊车荷载的情况时，应设计柱脚为刚接柱脚，其余情况下，应将柱脚设计为铰接形式。通常底板和基础顶面的摩擦力对柱底剪力进行传递，若无法与要求相满足，则应通过设置抗剪键的方法进行应用。

2.梁柱节点的设计

运用端板竖放、端板斜放以及端板横放的形式对门式刚架斜梁与柱进行连接。端板竖放在局部等截面柱中得到适用。当竖向荷载发挥控制作用时，端板横放能够使节点的设计剪力得到减少，通过柱的压力对节点受力的有力作用进行充分利用。

当存在较大节点弯矩时，可运用端板斜放的形式，使抗弯连接的力臂得到加长，对螺栓的布置提供便利。端板拼接连接形式主要包括两种，有外伸式和平齐式两种，端板外伸式接待你受力合理，与平齐式节点的承载力相比较高。

所以，应尽可能运用外伸式端板连接，同时，应在节点板外伸部分对加劲肋进行布置，促使与受拉翼缘两侧靠近的螺栓能够达到均匀受力，从而达到一致状态，使节点的抗剪能力得到提升，有效地将节点板的变形得以减少。

3.支撑和系杆的设计

在门式刚架轻钢结构中，支撑体系发挥着极为重要的作用，其主要表现在以下几方面内容：

（1）通过连接各个平面刚架，使其形成存在稳定性及空间刚度的整体结构。

（2）向结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撐点的作用，使平面外的计算长度得到减少。

（3）对合理且简捷的传递风力、温度应力、吊车纵向水平刹车力以及地震力等纵向荷载进行明确。

轻型门式刚架结构的支撑系统包括斜交叉支撑和门架支撑两种，而交叉支撑又分为刚性支撑和柔性支撑，通常情况下，高度小且无吊车的简单厂房运用的是柔性支撑，而高度大且有吊车的状况下则运用的是刚性支撑。由于建筑功能和外观的要求，在某些开间内不能设置交叉支撑时，可采用门架支撑进行设置，使中间各刚架的屋面系杆得到连接，通常应在两端檐口和跨中各进行一道设置。

4.檩条和墙梁的设计

檩条设计：（1）檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度不大于9 m时， 应优先选用实腹式檩条。实腹式檩条宜采用卷边槽形和斜卷边Z形冷弯薄壁型钢。（2）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。（3）檩条应进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。（4）檩条一般设计成单跨简支构件，实腹式可设计成连续构件。（5）檩条尚应满足其他相关构造规定。

墙梁设计：（1）墙梁一般采用冷弯薄壁卷边槽形钢，有时也可采用卷边Z形钢。（2）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。（3）墙梁应尽量等间距设置，在墙面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿处应设置一道墙梁。

檩条（墙梁）上拉条设置原则：当跨度在4～6m时，宜在跨中设一道拉条；当跨度大于6m时，宜在跨间三分点处各设一道拉条。

5.防腐、防火设计

钢材的耐腐蚀性和耐高温性较差，由钢结构腐蚀、火灾导致的事故问题时有发生。它不仅会导致经济受到损失，而且还存在着较大的安全隐患。在钢结构的防腐、防火设计方面，主要包括两方面内容：

（1）钢材表面除锈。

钢材表面的污物会对涂料在钢材表面的附着力造成严重影响，并导致漆膜下的锈蚀出现持续扩散，引发涂层破坏或失效的问题产生。所以，钢材表面处理质量的好坏会直接影响到涂层的防护效果和寿命，甚至超出了涂料自身品种性能差异产生的影响。钢材表面的除锈等级满足《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定》（GB/T 8923.1-2011）中的相应等级标准。

（2）在钢结构表面涂刷防腐、防火涂料。

作为一种含油或不含油的胶体溶液，防腐、防火材料是在钢材表面进行涂敷，能够形成一层薄膜对钢结构实施保护。通常情况下涂料的构成包括底漆和面漆两种，底漆的作用能够确保漆膜和基层与面漆形成牢固连接，而面漆的作用是对下层底漆实施保护。防腐涂料的种类和喷涂遍数、厚度均应符合《建筑钢结构防腐蚀技术规程》JGJT251-2011和《建筑用钢结构防腐涂料》JGT 224-2007的要求。防火涂料的种类和喷涂遍数、厚度均应符合《钢结构防火涂料》GB14907-2002和《建筑钢结构防火技术规范》CECS200：2006的要求。

结语

总之，在工业和民用建筑中，随着门式钢结构的应用逐渐趋于广泛，促使钢结构工程设计水平的提升显得极为重要。对于轻型房屋钢结构设计工作人员而言，不仅应对专业理论知识进行掌握，而且还应对轻型房屋钢结构工程的制作安装、现场环境因素以及相关状况进行全面了解。只有通过进行且合理的设计，才能实现轻型房屋钢结构得到快速发展。

参考文献：

[1]时庆伟.门式刚架轻型钢结构优化设计研究[D].沈阳建筑大学2011.

[2]王翊辉.门式刚架在循环荷载作用下的受力性能研究[D].西安科技大学2012.

[3]龚燕乔.轻型钢结构门式钢架设计中常见问题与解决措施.科技风，2012，（02）.

[4]何增军.轻钢门式刚架结构设计中几个关键问题[J].山西建筑，2012，（02）.

[5]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002 （2012版）