轻型门式刚架厂房结构设计要点探讨

干勇

摘 要：轻型门式刚架厂房不仅可以满足工业生产工艺跨度大、净空高的要求，还可以节约工厂建设的相关成本，是工程中的重要组成部分。我国引进并大量采用轻型门式刚架厂房的历史不长，现阶段结构设计中存在一些问题，导致轻型门式刚架厂房质量下降。基于此，本文就对轻型门式刚架厂房结构设计要点进行探究，以期为轻型门式刚架厂房结构设计工作提供参考依据。

关键词：轻型门式刚架厂房；结构设计；要点分析

中图分类号：TU392.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）11-0145-01

传统的厂房建筑物都是以钢筋混凝土为基础，不仅会对环境造成严重污染、建设周期长，还大量消耗社会资源。而轻型门式刚架厂房的出现不仅可以解决和改善此类情况，并且具有组成厂房的所有钢构件均可工业化生产、施工工艺简单、施工速度快、钢构件可回收重复利用等优点，对于现今能源、资源日益紧缺的时代尤为重要。因此这种轻型门式刚架结构形式的厂房已得到了广泛的应用，基于此，本文就对轻型门式刚架厂房结构的平面布置进行分析，并探讨轻型门式刚架厂房结构节点的设计要点，以期提高轻型门式刚架厂房的安全性，保证质量。

1 轻型门式刚架厂房结构的平面布置要点分析

1.1 轻型门式刚架厂房的柱网布置要点

厂房的柱网由横向跨度和纵向的柱距决定，厂房的跨度根据生产工艺的要求决定，跨度一般为24m左右最为常见，最好满足3m的模数要求。柱距以6～9m居多，柱距的大小除要满足生产工艺要求外，还有结合基础类型综合考虑，由于桩基础的造价要比独立基础高得多，因此厂房的基础若采用桩基础，那么厂房的柱距就取大于7.5m；厂房的基础若采用独立基础，那么厂房的柱距就取小于7.5m。因此，柱网布置不能一成不变，要结合实际情况灵活布置，这样才能既满足生产工艺的要求，又减少了总造价，降低了成本。

1.2 轻型门式刚架厂房的温度区段长度布置要点

随温度变化，结构构件产生伸缩，当厂房结构过长过宽时就会产生较大的温度应力，但由于精确的温度应力计算比较困难，特别是目前构件节点对温度变形后约束的改变量无法计算。并且屋面、墙体都使用钢材料，这些钢材料对温度区段长度也有一定的要求，在此种情况下，要想保证轻型门式刚架厂房的温度区段长度布置合理，就需要做好以下两个方面工作：一方面，相关人员可以根据厂房具体情况合理划分温度区段长度，根据《门规》纵向温度长度最好控制在300.00米以内、横向温度长度不超过150.00米。另一方面，由于部分厂房需要有一定的伸缩性，此种情况下，设计人员可以在厂房温度区段之间搭接螺栓，将两部分进行连接，控制厂房屋面的膨胀度，提高厂房安全性。

1.3 轻型门式刚架厂房的横向框架和纵向框架布置

轻型门式刚架厂房的横向框架的基本构件就是梁与柱，其组成有多种的形式，最新版的《门规》GB51022-2015第5.1.2条中已给出门式刚架形式示例，与老规范比较增加了局部夹层：纵向带夹层刚架、端跨带夹层刚架。这样极大的满足了工业生产的实际需要。这里需要注意的是，无吊车的厂房柱可设置成变截面，柱脚节点可做成铰接连接，有吊车时柱脚节点须做成刚性连接，这样能明显降低用钢量。

轻型门式刚架厂房的纵向框架基本构件就是柱、连系梁和支撑组成。设有桥式吊车的纵向框架，吊车梁可作为连系梁。纵向框架中的连系梁、吊车梁和支撑构件与梁做成铰接连接，柱脚在纵向方向也按铰接处理。

1.4 轻型门式刚架厂房的支撑布置要点分析

轻型门式刚架厂房的支撑体系包含屋面支撑和柱间支撑，它们共同构成了厂房的支撑系统，在一个独立的区段内同梁、柱一起形成稳定的空间受力体系。支撑的布置要点主要包含以下几个方面内容：第一，屋面支撑和柱间支撑一般在同一开间布置，确保形成完整的空间受力体系。第二，无吊车的厂房支撑设置在独立的区段的两端，并每隔30～40m设置一道；有吊车的厂房每隔60设置一道。第三，当设有带驾驶室且起重量大于15t桥式吊车的跨间，还应在屋盖的边缘设置屋面纵向支撑；在有抽柱的柱列，沿托架长度应设置纵向支撑。这样才能确保形成完整的空间受力体系。

2 轻型门式刚架厂房结构设计要点分析

2.1 轻型门式刚架厂房的刚架设计要点

轻型门式刚架厂房的的跨度大，通常把刚架梁做成变截面的形式是减少用钢量的手段之一。轻型门式刚架的承载力极限状态，包括构件的截面强度和刚架整体在计算平面内外的稳定性，一般均要利用柱和梁腹板的屈曲后强度，由于利用屈曲后强度的计算公式是适用范围的，因此在确定刚架梁的几何尺寸时应符合以下几点要求：（1）腹板高度如有变化，应为直线变化或分段直线变化；（2）腹板高度的变化率不大于60mm/m；（3）板件宽厚比应满足：b/tf≤15√235/fy；hw/tw≤250√235/fy。因屋面有一定坡度，刚架梁是斜梁，斜梁除受弯外还要受轴压力，所以刚架梁还应按压弯进行强度计算。只有这样，才能既减少用鋼量，又保证结构的安全。

2.2 轻型门式刚架厂房的檩条设计要点

轻型门式刚架厂房屋面构成，一般为檩条+彩钢板。檩条设计要点包含以下几个方面：第一，檩条作为构件来设计，其屋面活荷载的取值是与刚架计算时屋面活荷载取值有所不同。檩条设计活荷载包括，不上人屋面活荷载0.5KN/m2、施工时跨中集中荷载1KN。第二，檩条的间距，为减少屋面板挠度、防止因屋面板过大的变形漏雨，建议檩条的间距不要超过1.5m。第三，檩条按结构形式分为简支檩条和连续檩条，同过大量的设计施工实例，跨度小于7.5m采用简支檩条、跨度大于7.5m采用连续檩条较为节省钢材。第四，檩条材质的选择，一般檩条材质有两种Q235和Q345可供选择。Q345材料设计强度大、截面尺寸小，但材质硬施工难度大，建议跨度大于7.5m时采用Q345。这样，才能既减少用钢量，又保证厂房结构的安全和耐久使用要求。

2.3 轻型门式刚架厂房的节点构造设计要点

轻型门式刚架厂房的节点主要包括：柱脚、梁-柱梁连接和梁-梁连接。在节点设计时，不仅要满足计算软件合理的计算结果，而且还要满足设计的构造要求：第一，柱脚与钢筋混凝土基础的连接做法，钢柱基础的地脚螺栓中心至基础顶面边缘的距离不小于5d（d为地脚螺栓直径），也不小于150mm，钢柱底板边缘至基础顶面边缘的距离不小于100mm；柱脚底板尺寸较大时，还应预留注浆孔，以保证与基础顶面二次灌浆的需要。第二，梁-柱梁连接，普遍采用梁的端板竖放或横放，跨度超过24m时，建议端板横放，端板横放时梁上的竖向力转化为柱顶压力，当屋面的风吸力大于屋盖自重时柱顶受拉，这两种工况都减轻了对螺栓抗剪承载力的要求。另外，端板横放也便于工地安装。第三，梁-梁连接，由于构件运输的限制以及采用变截面梁，通常将刚架梁分段制作，在现场安装时再连成整体，连接的形式采用端板式，目前工程设计都是软件计算及出图，但设计人员还应采取一些加强的构造措施，来增强梁连接节点的刚度，具体的构造措施：连接螺栓的直径不宜小于20mm；连接端板的厚度大于等于20mm且不低于螺栓直径。当采取了以上各种节点的构造措施后，就能保证厂房结构的安全和耐久使用要求。

3 结语

在我国社会经济快速发展的背景下，轻型门式刚架厂房的大量采用，对厂房结构设计工作提出了新的要求，设计人员要想保证厂房结构设计质量，严格把握轻型门式刚架厂房结构设计要点，采取必要的结构构造措施，从而保证厂房各个组成部分都符和要求，提高轻型门式刚架厂房结构质量和稳定性。

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