轻型门式刚架设计中钢号的合理选择

段志鹏

（山西国控环球工程有限公司，山西 太原 030000）

在工程实践之中轻型门式钢架呈现出了整体结构简单，受力传递方向明确，建筑施工工期短等一系列优点，进而在各种类型的建筑物之中得到了非常广泛的应用。在进行轻型门式钢架的设计过程中，主体结构的的材料选择对设计的经济性和使用的安全性具有非常重要的影响。在国内建筑行业中通常使用的轻型门式钢架是由Q235B钢和Q345B钢制作而成。实际上我国的轻型门式钢架设计人员也主要以这两种钢材为原料进行轻型门式钢架的设计。这两种钢材在机械性能和力学性能上都具有较大的差异，两者的屈服强度存在一定的差异，其中Q235B的屈服强度低于Q345B的屈服强度，但是在使用的过程之中Q235B的延展性远远的高于Q345B的延展性。在受力较大，可能存在较大变形和一定位移的轻型门式钢架设计之中通常选用Q235B。对于对静态承载能力有着更高要求的轻型门式钢架则一般选择Q345B型钢材，其屈服强度高，静态承载能力更强。在进行轻型门式钢架的设计过程之中钢号的选择对轻型门式钢架的整体经济性和安全性都产生了非常重要的影响，因此钢号的选择是轻型门式钢架设计的一个重点。

1 无吊车载荷

在设计的过程之中为了增强设计的实际意义，选择一个真实存在的应用场景。该项目为建设一单跨双坡的工业用厂房，柱距大小为7.5米，整体的跨度为24米，屋面的坡度为i=10%，其需要的轻型门式钢架的长度为75米，宽度为24米。基本设计条件参考国家规定的相关行业规范。

在进行设计的过程之中采用了抗震的构造即在水平方向上增加了系杆，并在水平面上设置了支撑，在各个标准柱之间也设置了支撑，有效的减少了梁柱之外其他部分构件的长度计算。依据这一工业厂房的实际布置情况取钢梁平面之外的长度为3米，取钢柱平面外长度为6米。对相关的主要钢架结构分别采用Q235B型钢材和Q345B型钢材进行设计，依据相关的专业软件进行计算。设定构成钢架的各个部件的应力比为0.9在进行计算的过程之中借助的相关信息如下：

采用的设计规范为最新发布的相关规范，在设计的过程之中选定0.8为周期折减系数，三级抗震能力。在设计的过程之中设定檐口和钢柱之间采用刚性连接的方式，以1：60的比例控制钢柱的顶部位移和高度；以1：180的比例控制梁的挠度和跨度；选定180的标准进行各个受压构件长细比的控制；选定300的标准进行受拉构件的长细比控制。在设计中钢梁的截面为分段变截面，钢柱的截面为工字形。当选用Q235B时经计算可知主钢架结构的整体用钢量为3685千克；当采用Q345B型钢材时经计算可知整体钢架的用钢量为3501千克。

2 有吊车载荷

设定在上文论述的工程实例之中需要增设一台自重为3吨的A3型吊车。该吊车的基本参数为最大起重量为15吨，最大跨度为22.5米，吊车上配备的起重机的最大重量为570千牛，其能够产生的最大轮压为142千牛，在运行的过程之中出现的最小轮压是66千牛。在设计的过程之中采用的相关设计参数信息如下：

采用的设计规范为最新发布的相关规范，在设计的过程之中选定0.8为周期折减系数，三级抗震能力。在设计的过程之中设定檐口和钢柱之间采用刚性连接的方式，以1：60的比例控住钢柱的顶部位移和高度；以1：180的比例控制梁的挠度和跨度；选定180的标准进行各个受压容件长细比的控制；选定300的标准进行受拉构件的长细比控制。在设计中钢梁的截面为分段变截面，钢柱的截面为工字形。当选用Q235B时经计算可知主钢架结构的整体用钢量为4263千克；当采用Q345B型钢材时经计算可知整体钢架的用钢量为3958千克。

3 分析比较

在进行轻型门式钢架的设计过程之中要对用钢量进行合理的控制，其核心在两个方面：一是轻型门式钢架的整体内力分布情况；二是钢梁和钢柱截面的耦合性。在设计的过程之中通过对钢柱和钢梁的横截面积的有效控制进而控制轻型门式钢架内部惯性矩和内力的分布情况。在设计的过程之中要强调从结构整体和局部两个角度去分析和讨论轻型门式钢架的强度、稳定性等综合机械性能和力学性能。不同类型的工字钢其翼缘的厚度，腹板的厚度等都存在一定的差距，这些细微的差距对整体结构的惯性矩和内力分布等产生了巨大的影响，在设计的过程之中控制截面积的核心实质上就是控制工字钢的翼缘厚度，腹板的厚度。我国相关的设计规范在制定的过程之中遵循的基本原则是强化钢柱的各项机械性能和力学性能，适当的弱化钢梁结构的机械性能和力学性能。在实际的设计过程之中考虑到对宽厚比和高厚比等因素的影响，其设计结果同上文之中的论述基本上趋于一致。两种工况之下主钢架的用钢量存在的区别较小，在无载荷的情况下差距仅为184千克，在有载荷的情况下差距仅为305千克。在进行钢号选择的过程之中还需要考虑到市场的因素即两种刚材在市场之中的价格存在较大的差别。

4 结语

在工程实践之中不同类型的设计条件其设计方式存在较大的区别，文章的设计方式仅针对本文所述特定实例，论述的思想具备一定的参考借鉴意义，论述的内容切勿生搬硬套到实际设计之中。