地震作用下门式刚架轻型房屋钢结构的设计探析

摘 要：为了进一步提升工程质量，相关部门出台了明确的规范，各企业需要做好地震作用下门式刚架轻型房屋钢结构的设计工作。本文根据以往工作经验，对门式钢架轻型房屋钢结构设计的优势进行总结，并从单层门式刚架厂房、带吊车的单层门式刚架厂房、带夹层的门式刚架厂房、四周为砖墙围护的单层门式刚架厂房四方面，论述了地震作用对门式刚架的影响分析。

关键词：门式刚架；轻型房屋；钢结构

前言：根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》内容，在抗震地区的房屋设计上，其门式刚架轻型房屋钢结构需要与现行的国家标准相符。而且在具体工程项目开展过程中，主要以薄壁性刚檩条墙架量和轻质高强屋面以及墙体材料的使用为主，无法在等级较高的地震之中保持稳定状态。因此，人们需要对地震作用对门式刚架的影响突显出来，从而做到钢结构的针对性设计。

1.门式钢架轻型房屋钢结构设计的优势

从上世纪八十年代开始，我国便开始对门式刚架轻型房屋钢结构进行应用，经历了几十年的完善之后，已经成为我国房屋建筑中的重要建设形式之一。站在结构设计角度来说，该种类型的房屋设计主要以H型钢的应用为主，进而组成新型门式刚架承重组织，并在实际应用过程中取得很好的应用效果。由于门式刚架轻型房屋结构在布置过程中具有较强的灵活性，在柱网设计上也不会受到构建模数所限，再加上门式刚架轻型房屋在拆卸时也比较方便，便于二次回收和利用，还能尽可能缩短工程的建设周期。另外，钢结构的应用有利于降低能源消耗，确保周围环境不会受到严重影响，并且在应用过程中可以展示出极高的经济效益，为企业未来发展奠定良好基础。

2.地震作用对门式刚架的影响分析

2.1单层门式刚架厂房

在单层门刚架厂房研究过程中，工作人员需要做好相关厂房荷载参数的列举工作。但在具体的柱顶侧移影响因素考虑过程中，需要做好风载工况以及地震工况的组合工作。另外，在该结构分析过程中，结构几何参数并不会出现太多变化。相关规定显示，各种类型的单层门式刚架厂房的柱顶位移限制十分明确，即H/60，H代表结构檐口的高度值。整体来看，结构侧移过程中所受到的地震作用要大于风荷载，当主体建筑结构加高之后，风荷载也会开始渐渐控制工况，整体结构侧移中所受到的地震作用影响可以满足主体控制需求。站在单层门式刚架厂房计算角度來说，随着建设高度的不断提升，风载荷也会越来越大，此时地震作用将会降低，此时人们可以不必对地震作用的组合情况进行计算。在具体单层门式刚架厂房的结构维护上，主要是利用摩擦面的处理以及高强度螺栓连接来实现，在达到设计标准的同时，避免厂房受到地震的影响[1]。

2.2带吊车的单层门式刚架厂房

在该项研究开展之前，工作人员需要做好厂房荷载参数的确定工作，进而计算出组合工况以及地震作用对厂房柱顶位移的影响程度。该种结构的分析，需要对整个结构的几何参数进行调整，使其与结构设计要求相符。如果是同一种的结构计算几何参与以及荷载参数计算，具体周期数值将会保持一定，随着地震力的持续提升，整体结构的侧移数也会出现增加趋势，此时，牛腿处的侧移和柱顶侧移量的变化趋势会保持同步。由于计算过程并没有对结构参数条件进行改变，随着地震力的持续提升，结构侧移量并不会超过规定数值，但在整个地震作用以及组合工况之中，仅仅能够做到结构侧移的控制，无法将结构强度控制情况突显出来。随着建筑结构高度的提升，风荷载组合会提升对牛腿处侧移的影响，但此时地震作用组合的影响力度几乎保持不变，出现这种情况的主要原因如下：由于结构高度的变化，结构周期也会与以往不同，自身的自重量也会有所增加。为了确保整个建筑的稳定性，人们需要将应力比控制在0.61到0.69之间，以此来保持单层门式刚架厂房的稳定性。

2.3带夹层的门式刚架厂房

该种设计形式与多层结构明显不同，更与一般的单层门式刚架工业厂房存在很多区别。最常见的便是在单层门式刚架工业厂房局部设计改成二层或者是多层办公室设计，为了方便相关工作的开展，经常与单层门式刚架工业厂房一起进行建设。一般来说，整个建设工作的主体为框架结构，上部为门式刚架结构，而且部门应用一种规范或者是设计规程来开展相关工作。站在混合结构角度来说，下部结构可以根据多层结构做到规范性设计，而上部则是以刚架规程设计为主。由于夹层结构之中的恒载以及活载内容远远大于门式刚架。因此，在地震的作用下，期中的组合模式也会以设计控制工况为主。在结构分析过程中，工作人员可以根据具体的厂房结构以及高度对几何参数进行结构调整，进而与最终的设计要求相符。另外，在结构夹层设计上，其主要的结构参数应该以荷载参数为主。另外，在夹层标高的设计上，应该以4.0m为主，在改变结构高度的同时，可以通过具体的风载荷组合分析将夹层主梁处的影响体现出来[2]。

2.4四周为砖墙围护的单层门式刚架厂房

该种结构类型的同单层门式刚架工业厂房相比，存在很多区别，其四周的轻质彩板维护以及对侧移控制相对较松，而且四种为砖墙维护，从而形成主层的严格控制。首先，在砖墙以及刚架的不同荷载过程中，屋面风载荷的承受点主要集中在刚架之上，墙面的风载荷承受点则集中在墙体之上，进而对地震作用进行缓解。为了提升整个砖墙的自承重，需要按照砌体结构的设计规范进行内部构造柱以及圈梁设计，最终实现整个钢结构设计工作的完善。

总结：综上所述，一般门式刚架需要依据不同使用功能对房屋建筑结构进行全面划分。另外，在具体划分过程之中，其单层门式刚架会随着结构高度的增加而增加，在风载荷得到有效控制之后，地震的影响力也会进一步缩小。其次，在吊车的门式刚架地震作用组合状态下，对结构侧移影响也会大于风载荷，此时人们需要将工作重点放在地震作用对整体结构的影响分析上。

参考文献

[1]陈盛.安装屋面光伏板的轻型门式刚架设计及施工要点[J].建材与装饰，2018（22）：57-58.

[2]段潇川，王小龙.抽柱门式刚架结构设计要点及对厂房经济性影响分析[J].武汉勘察设计，2018（02）：38-40.

作者简介

曹思维（1988—），男，四川自贡人，本科，助理工程师，钢结构设计方向。

（作者单位：自贡市新四维规划建筑工程设计有限公司）