门式刚架轻型房屋钢结构设计要点

栾昱祯

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司，四川 成都 610000）

当前，建筑工程项目的周期越来越快，有些项目对于工期要求严格，因此一些简单的构筑物和工业厂房，可以应用门式刚架轻型房屋钢结构。这种结构施工快、耗材少，较为节能环保，最主要是其材料自重轻，施工起来方便，施工周期短，可以满足建筑工程项目的进度目标。在实际的工程项目应用中，为了更好地发挥门式刚架轻型房屋钢结构的优点，要在设计过程中进行优化，抓住设计要点，控制好设计质量，进一步促进我国建筑行业的发展。

1 门式刚架轻型房屋钢结构的特点

门式刚架是一种较为简单的结构体系，这种结构形式组成简单、施工方便，结构自身的尺寸较小，使用空间较大，再加上钢结构构件可以在工厂内预制好，只需要在现场进行连接，所以施工周期短。钢结构具有较好的结构性能，自重轻，其能承受的荷载也较大，使得其具有较好的结构适用性，这些特点都使得其在建筑施工中应用较为广泛。

1.1 施工周期短

由于门式刚架轻型房屋钢结构的钢构件事先在加工厂加工好，在现场施工时只需要对其进行组装和连接，且结构设计时尽量采用螺栓连接，避免现场大面积焊接，所以其施工速度较快；再加上构件的尺寸较小，自重较轻，在施工过程中也不需要大型的设备和机械进行辅助，施工起来较为简单，也提高了施工效率。这些都使得其施工周期短，能满足项目的进度目标。

1.2 使用空间大

门式刚架轻型房屋钢结构屋面荷载较小，对于同样大的占地面积，这种结构可以将跨度做大，这样在空间利用方面可以满足业主的大跨度要求，具有更多的室内使用空间；再加上其特殊的结构形式，可以使得室内空间布局较为灵活，满足多种建筑需求。

1.3 便于安拆，可循环使用

门式刚架轻型房屋钢结构便于施工和拆卸，其材料基本都是钢结构构件，可以循环使用，在施工的过程中也较为环保，不会对周围的环境造成比较大的影响，符合当前我国可持续发展的绿色建筑理念。

1.4 成本较低

由于门式刚架轻型房屋钢结构受力比较简单，可根据受力情况做变截面梁与变截面柱，所以其施工成本也较低，这也符合建设方的需求。对于一些对于抗震性能和稳定性能要求不高的房屋项目，可以广泛采用此种结构类型。

2 门式刚架轻型房屋建筑的发展

由于门式刚架轻型房屋钢结构优点较多，所以其发展和应用形势一片大好。我国为了提高此种结构类型的稳定性，也出具了相关的规范明确其设计方法及内容，如中国建筑工业出版社出版的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB 51022—2015），内容包括多种跨度的门式刚架房屋结构设计的选材及布置。近年来，随着钢结构形式的应用，轻型钢结构门式刚架结构应用愈发广泛，在发展的历程中，将其结构简化为柱、梁、框架，使得其结构适用性更好。为了更好地促进门式刚架轻型房屋钢结构的发展，要合理优化其结构，充分应用其结构优势，消除其结构缺点，提升房屋结构质量。

3 门式刚架轻型房屋钢结构设计要点

为了更好地促进门式刚架轻型钢结构在建筑工程中的应用，要结合此种结构的特点，在设计中抓住设计要点，合理发挥其优势，针对其结构存在的缺点，采取有效的设计措施进行强化，提升其结构适用性。在具体的设计工作中，需要注意以下要点。

3.1 平面构造设计

在门式刚架轻型房屋钢结构的设计中，由于其平面构造设计与结构形式有着直接的关系，不同跨度的门式刚架结构有着不同的结构类型，所以要合理选择结构的平面尺寸，合理选择其跨度，在保证使用空间的前提下尽量简化刚架结构，使得其平面布局更为合理，结构稳定性更强。

3.2 结构设计

门式刚架结构主要由刚架柱、刚架梁和支撑系统组成。在设计的过程中，应保证：

（1）刚架柱的承载力满足要求，一般对于柱脚要进行加固设计，提升其稳定性。

（2）刚架梁与柱的连接要牢固，对于跨度较大的结构要增加中柱，提升结构的稳定性。

（3）支撑系统的设计包括柱间支撑系统和屋面支撑系统，进而保证整个设计的稳定性。

3.3 支撑设计

在门式刚架轻型房屋钢结构的设计中，要注意刚架结构的受力特点，它主要是通过主刚架来承受荷载，支撑杆件及抗风柱形成的侧向结构体系来承受风荷载及地震作用。所以，在设计中不仅要重视刚架结构的选型，还要结合实际情况进行支撑的优化设计，要根据柱的受力情况合理设计支撑的形式，要分析柱与支撑杆件之间的受力情况，选择铰接连接或者刚性连接，保证支撑的设计不会导致柱脚产生过大的拉应力，以免对基础不利。在进行圆钢支撑设计时，要注意该支撑结构实际上是柔性支撑，并且两个斜支撑是没有交叉点的，在设计中要按照尺寸要求确定好支撑的长度，做好支撑的连接点设计。

3.4 节点设计

在门式刚架轻型房屋钢结构的设计中，除了做好以上构件的设计，还需重视结构连接节点的设计，如柱脚节点、梁柱节点、梁拼接节点，这些节点的设计直接决定了结构的稳定性，在设计中要重点对待。

（1）柱脚节点设计。在进行门式刚架轻型房屋钢结构柱脚节点的设计时，一定要注意柱脚的设计直接关系到了刚架结构的稳定性，为了避免柱顶出现位移影响房屋结构的稳定性，要在柱脚节点处设计平板式铰接形式，使得结构刚度更好，提升整体结构的稳定性。

（2）梁柱节点设计。在梁柱节点处可以用螺栓连接，以提升房屋结构的整体刚度；同时为了提升结构的稳定性，可以在柱上增设刚性构件。

（3）梁拼接节点设计。在梁拼接节点的设计中，要考虑到梁拼接节点处正好是屋脊线，此处对拼接节点设计的要求较高，需保证此处不会出现形变，以免导致结构失稳；同时吊车梁在后期的运行中，会对结构产生较大的应力，为了提升结构的稳定性，要在此处选择无基础拼接的节点设计形式。

4 门式刚架轻型房屋钢结构优化设计

为了进一步提升门式刚架轻型房屋钢结构设计质量，发挥其应用优势，在设计中要对其结构选型、构件设计和空间设计进行优化设计，使得其结构设计更为合理。

4.1 结构选型的优化设计

在实际的设计过程中，设计人员要结合实际的施工情况需要，不断完善房屋结构形式。一般在门式刚架轻型房屋钢结构的设计过程中，要合理选择其结构形式。为了提升门式刚架轻型房屋钢结构的安全性，可以选择用单层的门市刚架结构形成一个稳定的平面空间，按照规范中要求的，结合实际的跨度进行结构布置选型，从而提高整体空间的稳定性。此外，对门式刚架轻型房屋钢结构的主框架进行选择时，需要以设计要求的实际情况为根据，一般都是通过选择轻型钢结构框架来代替传统的框架，通过柱间支撑系统以及屋面支撑系统来与刚架结构构成独立的空间稳定体系。

4.2 结构构件的优化设计

由于门式刚架轻型房屋钢结构的特点是结构尺寸小、室内空间大、成本较低，所以在结构设计时，要对其结构构件进行合理优化，在保证结构承载力的前提下，尽量简化其结构构造和结构尺寸，对比不同跨度的刚架选用表和构件布置示意图，选择成本最优、结构性能最符合要求的门式刚架结构。

4.3 空间布局的优化设计

由于门式刚架轻型钢结构房屋形式结构多变，在空间布局的设计中一定要灵活处理，可以结合房屋的需求选择合理的门式刚架类型。对于同样室内空间的建筑，可以有多种平面形式以满足空间需求，这就需要设计人员熟练掌握不同跨度的门式刚架的设计方法，综合考虑其施工成本。例如，一榀刚架宽度为71m，可分为三跨，结构设计时采用两个方案进行对比，方案一跨度为24m+23m+24m，方案二跨度为23m+25m+23m，经过计算，方案二用钢量更节省。两个方案跨度上区别并不大，但经济性有区别，所以设计时可考虑适当减小边跨跨度，适当增大中间跨度，这样更能满足经济性要求，发挥门式刚架的优势，降低了成本。

5 结束语

当前，我国建筑行业快速发展，各种新的结构形式被广泛应用到建筑工程中。门式刚架结构作为一种传统的结构形式，结合近年来较为火热的钢结构形式，就形成了一种独具特点的门式刚架轻型房屋钢结构形式，在工业厂房和物流建筑中得到广泛应用。为了更好地发挥其结构优势，一定要合理分析其设计要点，在设计工作中做好设计优化，保证设计质量，提升结构的稳定性，降低施工成本，使得其能更好地应用到我国的建筑行业中来，促进我国建筑行业的发展。