浅谈轻型门式钢架

杨春

【摘要】轻型门式刚架结构是国内外应用广泛的新型建筑结构体系，具有质量轻、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高、柱网布置比较灵活等优点。随着我国经济的快速发展， 轻型门式刚架房屋结构也得到迅速的发。本文先介绍轻型门式钢结构的相关的定义，再主要是结合轻型门式钢结构在我国应用的现状，对其从结构组成、材料选择、结构体系布置、除锈与防腐等几个方面进行了阐述和分析，最后对其未来有何发展，发展的方向如何进行展望。

【关键词】轻型门式刚架； 轻型房屋；整体性；蒙皮效应

轻型钢结构体系是指结构构件采用较薄板件，设计时考虑板件局部失稳后的屈曲强度利用的钢结构体系。而门式刚架结构是近年来国内应用和发展最为广泛的轻型房屋钢结构体系，承重结构为单跨或多跨门式刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重量不大于200kN的中、轻级工作制桥式吊车或30kN悬挂式起重机的房屋钢结构。目前我国门式刚架结构的分析设计和制作安装技术成熟，初期主要应用于各类工业厂房，并形成多种定型成套体系，随着《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）的颁布实施，其应用得到了迅猛的发展，国内大约每年有上千万平方米的轻钢建筑竣工，范围已扩大到体育场馆、娱乐场所、公共建筑、仓库及储运设施，超市、零售和商业服务等领域。

1.结构特点

1.1质量轻

围护结构由于采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等轻质材料组成，恒荷载大幅度减小，地基的处理费用相对较低，基础也可以做得比较小，整体结构自重轻。

1.2工业化程度高，施工周期短门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量易于保证，构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，工地安装方便。除基础施工外，基本没有湿作业，现场施工人员的需要量很少，劳动强度轻。

1.3综合经济效益高门式刚架结构采用了计算机辅助设计， 设计周期短；构件采用先进动化设备制造；原材料的种类较少，易于筹措，便于运输；所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益高。

2.结构组成

门式刚架是以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、卷边槽形、z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑一种轻型房屋结构体系。

3.材料选择

轻型门式刚架所用钢材的板件厚度相对较小，构件的稳定性和变形常起控制作用。对于以强度控制为主的构件，可采用低合金高强度钢，而以变形为控制因素的构件，则采用碳素结构钢较为经济、合理。一般用于承重的冷弯薄壁型钢、热轧型钢和钢板，应采用Q235钢和Q345钢。门式刚架、吊车梁和焊接的檩条、墙梁等宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢，非焊接的檩条和墙梁等可采用Q235A，焊接承重结构和重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。

4.结构体系布置

结构体系布置包括结构平面布置、刚架选型、支撑系统布置、檩条和墙梁的布置等方面的内容。

4.1结构平面布置

结构平面布置主要是确定刚架的柱网布置。刚架的柱距主要根据工艺和建筑要求确定，选择合理与否直接影响结构单元面积的耗钢量，一般宜采用6～9m的柱距，面积大的厂房需要考虑温度区段的控制。纵向温度区段<300m，横向温度区段<150m，当计算有依据时温度区段可适当放大。如果房屋的平面尺寸超过上述规定时，需设置伸缩缝，可通过设置双柱或设置檩条和屋面板的可调节构造来实现。

4.2刚架选型

刚架的选型包括跨度大小和数量的确定，以及刚架截面形状的选择。門式刚架的结构形式多种多样，可以是单跨、双跨、高低跨和多跨，单脊、多脊，或单坡、双坡、多坡，陡坡、缓坡、平坡等。单跨刚架多用于横向空间要求不太大的建筑，一般跨度为18～36m，多采用焊接工字形截面或轧制H型截面，根据其弯距图和跨度确定变截面梁柱的位置和高度，用钢量较小，具有良好的经济性。多跨刚架适用于大型建筑物，其截面选择类似单跨刚架，但中柱一般采用等截面。目前国内门式刚架的最大跨度已达72m，单体覆盖面积超过了7.5万mz。4.3支撑系统门式刚架结构中，支撑系统分为屋盖水平支撑、柱问支撑及其隅撑 在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30～45m；有吊车时不宜大于60m，一般设置在柱列的中部，当有两道柱间支撑时，宜分别设置在纵向1/3处。当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置，增强刚架的纵向刚度；当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑。同时，在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。实腹式轻型门式刚架中，在刚架斜梁下翼缘与檩条之间或刚架边柱内翼缘与墙梁之间还会设置单根等边角钢隅撑，对刚架斜梁和刚架边柱的稳定性起支撑作用。

5.除锈与防腐

钢结构的锈蚀与建筑物周围的环境，大气中的有害成分（如酸、盐等），建筑物内的湿度、温度和通风情况有关。轻型钢结构不宜用于高湿、高温及强烈腐蚀介质的环境中。设计时可以考虑采取防腐措施：采用利于自然通风的结构布置方案，隔离有腐蚀介质区域或限制腐蚀介质的来源；节点的构造宜简单，尽量避免采用易于积灰、积水及难于检查、清除、涂漆的截面；杆件为开口截面时，开口宜向下；对构件宜优先采用酸洗磷化处理等方法除锈，并选用防锈性能良好的涂料：尽量避免或减少涂刷油漆后进行焊接，以防止破坏漆膜的完整性，对施工中破坏的应及时补涂油漆；经过一定时期就要对刚架进行维护。

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