浅析门式钢架钢结构设计及应用

马喜锁 李颖 石代

摘 要：本文针对门式钢架钢结构在工业厂房的普遍应用，主要分析了门式钢钢架钢结构概述，门式钢架钢结构设计应用，门式钢架钢结构设计应用注意问题，门式钢架钢结构发展及除锈防护。

关键词：门式钢架；钢结构；设计应用

我国钢结构已经发展很多年，特别是近些年来发展日趋完善。轻型门式钢架钢结构因为其自身具有的特点而受到工业厂房施工的普遍应用，本文重点对其进行研究。

一、门式钢架钢结构概述

门式钢架结构在工业厂房、仓库、商场中广泛应用，高层建筑中钢架结构也越来越受到重视。各类维护结构以及没有梁柱的弯顶也大量应用的薄壁彩钢板；各文化体育类型的公共建筑物中应用的钢管汇交直接焊接以及较高强度组合拉索机构；薄壁冷弯钢截面除了利用檩条在维护结构构件应用之外还可以成为构件受力的主要结构。钢架钢结构一般是指梁和柱的直线类型经过连接的节点刚性结构。工程项目中经常将铰接梁柱间的结构单层称之为排架，多跨多层的钢架类型结构则称之为框架。钢结构单层钢架厂房通常采用轻钢门式的钢架钢结构。住宅建筑物钢框架钢结构常常使用的两种结构支撑类型分别是箱型焊接截面或者是H型钢。其特点主要是具有较小的自重，良好的抗震性能以及较快的施工速度。框架结构的受力特征在荷载方面的体现是承受了水平与竖向荷载；传递竖向荷载的路线是从平板楼盖现浇到梁上的距离，之后向钢柱传递。

二、门式钢架钢结构设计应用

1.柱网设计要求。厂房门式钢架钢结构设计首先应当按照生产工艺要求对柱网施工进行确定，尽量达到生产使用的要求，根据实际情况对钢架的跨度、高度以及设计实践确定柱网，在设计门式钢架柱网时获得以下结论：在完整一致的荷载情况下，檀高度是6米，柱距离是7米半，钢架单位跨度距离范围是18米到30米之间，钢用量大概是18到28kg/m2，当单位钢架跨度间距离大概是21到48 米时，钢用量是在25到40kg/ m2，厂房高度是12米，跨度达到48米以上时一般可用多跨类型钢架，相较于单跨类型钢架要节省18%的用钢量，因此门式钢架钢结构设计时应当按照实际情况选择经济型跨度，不适合盲目性的选择较大跨度。对于设计门式钢架钢结构来说，最重要的部门就是用钢量。

2.作用门式钢架钢结构荷载值。作用于门式钢架钢结构的荷载一般包括：竖向与水平向的荷载、地震荷载。因为轻型钢结构具有较轻的自重，因此地震产生的反应也比较轻，针对这点来说抗震效果是很好的。

3.计算钢架侧移内力。（1）计算内力方法：针对门式变截面钢架结构来说，利用弹性分析法对各种内力实施确定，塑性分析法的使用仅在钢架拥有全部等截面钢柱时。门式钢架变截面计算内力一般利用单元杆系有限元方法。地震产生的效应作用可以利用剪力底部方法实施确定。按照荷载不同的组合情况分析内力结果，找出截面受控的内力组合，将截面的位置控制在柱底连接柱顶以及梁跨中的截面。（2）计算侧移的方法：门式钢架变截面柱顶产生的侧移应当利用弹性分析确定，计算过程中获取标准荷载值，对于分享荷载系数不需要考虑。

4.设置拉条、檩条和撑杆。（1）设置檩条。檩条是属于弯双向结构构件，对其内力实施分析应当按照两个型心主轴截面计算弯矩。设计过程中，应计算檩条的强度、整体性稳固与变形情况。设计檩条过程时，需要对檩条的薄壁冷弯构件，板件受压与压弯的宽度比例，受力产生时应保持的屈曲，计算强度时应合理利用的有效宽度实施控制，对于原来截面需消弱。与此同时计算强度时应采用净断面，可以考虑使用消弱钉孔。（2）拉条设计：拉条设置与否取决于檩条在侧向上的刚度，对于H型轻型钢的较大侧向刚度以及桁架式空间檩条通常不会设置拉条。针对刚度比较差的侧向实腹式与桁架平面式檩条，为了能够减少安装应用檩条过程中产生的侧向变形，保持整体性的稳固，通常将拉条设置在檩条之间，作为侧向上的支撑点。当檩条具有的跨度在4米之内时，可以根据计算最终结果判定拉条设置与否，当檩条具有的跨度在4米之外时，在跨中檩条适合设置一道拉条。（3）撑杆设计：撑杆檩条的重要作用是对天窗缺口与檐檩位置向上或向下边檩弯曲侧向。撑杆具有的长细比例根据压杆的实际要求，可以使用方钢管、角钢制作，撑杆位置，应同时设计斜拉条。

三、门式钢架钢结构设计应用注意问题

1.控制房脊垂直程度。框架竖向斜梁的限值挠度一般规定为1/180，过去对中下垂度是否验算并没有明确规定。根据目前的新规定是需要计算的，通常要分段进行构件，利用等截面实施计算，每一段都需要在水平与竖向进行计算，不能比允许数值大，等同于对跨中垂度实施的验算。

2.砼柱与钢柱的结合问题。门式钢架钢结构设计中，部分会利用斜梁轻钢与混凝土柱结合，斜梁采用端板竖放式连接砼柱的预埋式螺栓，组成钢接，目的是想要节约钢材以及造价。在门式钢架钢结构中的框架有钢柱与砼柱组合，这个情况下梁柱只能采用铰接，不适合钢接。高层建筑物中的钢墙连接也是这样。因此，需要注意排架由钢梁与砼柱组合是允许的，可是将刚架中的钢柱用砼柱替代，不改变钢梁是不允许的。

3.檩条存在的计算问题。檩属于薄壁冷弯结构件，压弯或是受压板件具有比较大的宽度比，在受力产生时应屈曲，计算强度需利用有效的宽度，对于原来的截面要实施减弱，不需做到全截面都有效。一般情况下设计人员对计算强度的净断面容易忽略，忽视了钉孔的减弱。这种类型的减弱一般会在6-15%之间，对于截面窄小的梁会产生比较大的影响。按照相关规定，钢架构件具备的受拉强度应按照净截面进行计算，受压强度应当按照有效的截面实施计算，稳定特性应当按照有效截面进行计算。

四、门式钢架钢结构发展及除锈防护

1.门式钢架钢结构发展应用。可以在高性能钢材方面实施应用研究，提升强度与抗腐蚀性，经济断面类型的钢材，例如H型钢、钢板压型、方管等。可以在结构方面实施革新应用，对于空间结构、组合结构以及高层钢类型结构等方面的创新研究。理论优化以及计算机设计的辅助应用。深入研究极限状态，防止特殊荷载情况下出现的实效结构等。

2.门式钢架钢结构除锈防护。选择对钢结构除锈方法中，其中在小型低要求构件中适合手动除锈，除锈并不彻底。相对厚实的构件使用喷砂除锈，这个方法非常彻底干净。薄壁构件或者不适合使用喷砂除锈的可以利用酸洗方法，除锈效果良好。对于钢结构采用的防护主要有防火、防腐及隔热。钢结构有关的设計规定，需要在设计方案中明确指出对钢材实施的除锈级别以及涂层涂料具备的厚度，在地面以下的柱脚应当充分利用混凝土实施包裹，发生腐蚀的柱脚不适合在地下埋入，保护钢结构的层厚应按照建筑物的耐火程度实施设计，受到高温影响，应按照情况的不同设计相应的防护隔热措施。

五、结语

在门式钢架钢结构设计应用中，应合理分配与把握设计关键，能够有效的节省钢材的用量。门式钢架钢结构因为其具有的较轻重量、较低的构件等特点，在工业厂房中被广泛的应用。

参考文献：

[1] 李翔，刘晓辉. 门式刚架轻型房屋钢结构设计优化探讨[J]. 四川理工学院学报，2009， （ 5 ） .

[2] 赵臣帅，宋双宇. 浅谈门式刚架轻型房屋钢结构设计[J]. 福建建材，2011.