门式钢架厂房的设计要点及稳定性探讨

刘艳兵

【摘要】门式刚架轻型房屋钢结构是在国内外广泛应用的一种建筑结构体系，基于此结构建造的房屋具有众多优点，可适应不同的气候，市场应用前景广泛。钢结构厂房是目前我国工业生产过程中被广泛应用的厂房结构形式，尤其门式刚架轻型钢结构具有质量轻、工业化程度高、施工周期短、抗震性能好、材料可再生利用、施工环境好等特点。文章对门式刚架轻型钢结构厂房的设计进行了研究分析，以供参考。

【关键词】门式;刚架轻型;钢结构厂房;设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.11.023

引言：

门式刚架轻型房屋钢结构属轻型钢结构的一个分支，发展至今无论设计制作、施工标准都有完善的体系及标准可查。门式刚架建造的建筑物具有質量轻、建造周期短、外形美观、标准化程度高以及综合成本低等优点。近年来，随着经济建设的需求，大量门式刚架轻型钢结构厂房应用到工程建设中。钢结构工业厂房施工中的构件类型比较多，且在具体制作过程中极易出现问题，使后续施工质量控制存在一定的难度。工业厂房钢结构体型大、施工工期短，且施工环境十分复杂。为保障工业厂房结构吊装工程施工质量并施工安全。

1、门式刚架轻型钢结构

（1）质量轻。单层门式刚架房屋承重结构用钢量一般为10～30kg/m2;在相同的跨度和荷载条件下自重约为混凝土结构的1/30～1/20。

（2）工业化程度高，施工周期短。门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便。除基础施工外，基本没有湿作业，现场施工人员的需要量也很少。构件之间的连接多采用高强度螺栓连接。

（3）综合经济效益高。门式刚架结构采用了计算机辅助设计，设计周期短;构件采用先进自动化设备制造;原材料的种类较少，易于筹措，便于运输;对一般规模的工业厂房仅需45天至6个月，而若采用钢筋混凝土建筑则要8～12个月左右。据统计它与钢筋混凝土结构相比，可以节省投资25%，当厂房的跨度越大时，其优势更为明显。所以刚架结构的工程周期短，资金回报快，贷款利息也将大幅降低，投资效益高。

（4）柱网布置灵活。传统的结构形式由于受屋面板，墙板尺寸的限制，柱距多为6m，当采用12m柱距时，需设置托架及墙架柱。而门式刚架结构的柱网布置不受模数限制，柱距的大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。

（5）门式刚架结构够满足较多类型厂房建筑设计的要求，跨度最大可达36m，纵向温度区段长度允许300m，横向温度区段长度允许150m，这种结构特别适合用于安装较长生产线的工业厂房。

（6）门式刚架结构形成的坡屋面下部空间较大，可以作为厂房技术夹层，布置各种管道，充分利用建筑空间，节约投资。

（7）轻钢结构抗震性能好，由于钢结构本身具有较好的延性，故能够充分耗散地震能。另外，轻钢结构重量轻，地震力很小。设计经验表明当抗震设防烈度为7度时，一般不需作抗震验算;当为8度及以上时，横向刚架和纵向刚架均需作抗震验算。尽管轻钢结构厂房有以上众多优点，但要建设完成一个优质厂房工程还需要参建各方的和谐统一和积极努力。

2、钢结构设计的稳定性原则

2.1强柱弱梁

在设计钢结构时，主要分为两种情况：（1）钢结构质量好，具有一定的实用性。这时，当水平承载力过大时，梁上就会出现塑性铰。（2）钢结构质量差，柱上会出现塑性铰。为保证梁的承载能力大于柱的承载能力，钢结构设计时应注意强柱弱梁的原则。这一原理可以增强钢结构的抗压能力，提高钢结构的承载性能，保证其在受到外力作用时能恢复到稳定状态。因此，设计者应注意分析计算钢结构的承载力，使塑性铰出现在梁上。设计人员在选择计算方法时，必须保证钢结构的设计方案与计算方法的参考方案一致，从而确定系数的准确性，保证钢结构的安全稳定。

2.2剪切力调整

如今，人们的生活水平逐渐提高，对建筑美观的要求也越来越高，所以斜柱在工业厂房中的应用越来越多。斜柱的应用可以使构件具有一定的倾角，形成不对称的建筑形式，但为保证结构的稳定性，设计者必须设计一定的剪力。在设计钢结构时，很多设计师直接将斜杆用作斜柱。这种方法虽然不影响钢结构的设计，但是一旦剪力调整好，就容易出现问题，斜柱不仅要承受水平荷载，还要承受垂直荷载。如果设计者在设计过程中忽略了竖向荷载，就会出现剪力误差，影响钢结构的稳定性。设计者应结合工业厂房的实际情况进行相应的剪力设计，以保证剪力调节的灵活性和钢结构的稳定性。

2.3结构稳定性

与其他建筑结构相比，钢结构的优势非常明显。具有较好的延展性，抗震和抗压效果好，能承受较大的载荷。钢结构的特点是很多构件都是在工厂里预先加工好的。虽然质量没有问题，但为了保证建筑物的稳定性，使用前必须进行质量检查。钢结构的设计过程相对复杂。在设计方案之前，设计人员应确保组件的质量没有问题，然后再将组件应用到设计方案中。目前钢结构设计主要以平面为主，如钢结构的框架等，为保证平面结构的稳定性，需要确定结构的竖向承载能力，以满足要求。设计人员首先要了解当地的实际情况和自然条件，确定荷载系数，保证整体结构的稳定性;其次，要重视结构件的质量，采用科学、规范的设计方法，降低安全事故发生的概率。

3、钢结构厂房施工主要技术方法

3.1钢结构厂房施工准备

根据设计图纸的要求，审查钢结构厂房的具体尺寸和孔距。实际运行中，节点应严格按照1：1标准放行，并作为切割、加工、制造、安装的标准。依据。在实际加工中，应尽可能节约原材料，以提高加工零件的精度。如果钢材表面出现弯曲，应使用矫直机进行矫直处理，对H型钢应特别注意，确保钢材的垂直度控制在合理的偏差范围内。

3.2钢结构厂房

钢结构加工前，施工人员应首先确定钢结构的几何尺寸和具体形状，以保证钢结构连接时出现不必要的麻烦。为保证后期维护的方便，在制作型材或钢板时，应尽可能多地设计和使用接头，两个接头之间的距离应控制在20cm以内。焊接加固时，应严格按照现行规范进行标准作业。为保证实际焊接作业的质量，施工人员应提前做好准备，准备好焊接材料和焊接设备，保证焊接设备的性能，并将其放置在更合适的位置。焊条应放置在专门的绝缘桶中，以免受潮。根据焊接受力情况，合理选择焊接顺序和焊接方法。

3.3轻钢结构厂房钢构件运输方式

为保证钢材加工后的性能满足实际需要，施工人员应在工厂内完成钢材的加工生产，并根据施工进度将部分钢结构运至施工现场.钢构件的运输通常由汽车完成。装载钢构件时，堆垛层数应控制在3层以内，以免在运输过程中损坏钢构件，各层之间应采用挂木支撑。钢构件装车后应进行加固，最后用篷布盖好，顺利运至施工现场。

3.4轻钢结构厂房钢结构安装及注意事项

钢构件运至施工现场后，施工人员应根据工程的施工进度和施工的具体要求，有针对性地进行钢结构安装。首先，施工人员应测量出车间的轴线和标高。基础部分施工完成后，应做好详细交接工作，确保钢结构安装质量符合设计和规范要求。钢结构安装前，施工人员应清理建筑物的基础，按设计标高要求对基础进行合理调整，达到设计要求后安装结构柱。然后进行吊装作业。正式吊装作业前，应进行试吊作业。在试吊过程中，应检查吊装设备的质量，并根据试吊结果确定吊装方法及相关设备。当结构柱底孔与螺栓保持在同一方向时，起重机操作人员控制吊车将结构柱缓慢下降，使结构柱底孔与螺栓连接，保证牢固性和连接的稳定性。吊装作业完成后，应再次对结构柱进行测试。如试验不合格，应尽快合理调整结构柱位置，调整合格后方可开始下一步施工。为有效保证施工质量，施工人员应对钢架进行维护保养，在非工作过程中缓慢吊起钢架，并用电缆固定。电缆的数量和位置必须符合现行规范的要求。

3.5轻钢结构厂房高强度螺栓的安装

钢结构厂房在施工过程中，施工人员要注意高强度螺栓的安装，这将直接对整个钢结构的安装质量产生重大影响。因此，必须保证螺栓安装的质量。安装螺栓前，应做好准备工作，检查螺栓的规格、数量和质量。检验中如发现螺栓型号或质量不合格，应立即更换。考虑到实际情况，施工人员很容易忽视检查螺栓孔的位置。安装前应仔细检查螺栓孔的位置、尺寸和直径，确保螺栓安装质量符合规范要求。安装螺栓时，还应保证螺栓保持在同一方向，并应在每侧安装一个垫圈。需要说明的是，高强度螺栓不得与普通螺栓混用。螺栓加固时，施工人员应尽快检查。如果螺栓仍然松动，应立即加固或更换。

4、工业厂房中钢结构设计的要点

4.1受力设计

应力水平是判断钢结构稳定性的重要因素之一。设计者在设计方案时，首先要考虑钢结构的承载能力，然后再考虑其他问题。钢结构的设计多以T型或L型为主，主要是为了提高结构的受力能力，减轻钢结构的自重，起到平衡作用。为保证钢结构受力更均匀，在设计中尽量采用对称的方法，防止在某些位置受力过大或过小，造成结构受力不平衡.例如，在设计固定支架时，设计者必须保证支架的稳定性，防止移动;然而，在设计钢梁框架时，只需要考虑其横向力和竖向力即可。设计人员需要在设计方案中反映各个构件和结构的应力，以防止失稳的发生。钢结构的稳定性需要设计方案与实际施工的相互配合。只有在施工过程中严格按照設计方案，减少人为失误，加强细节控制，钢结构的稳定性才能满足实际要求。

4.2抗震设计

保证建筑物的抗震性非常重要，特别是在地震高发地区，需要进一步提高建筑物的稳定性。设计方案时，要保证梁板、屋架与屋面板的连接程度，以及结构主体与柱之间的固定方式符合要求，以便提高钢结构的抗震能力。钢结构的抗震效果与施工质量和支护方式密切相关。因此，设计人员应认真考虑相关因素，从根本上减少影响抗震效果的因素，保证钢结构的抗震效果。设计者在设计方案时往往忽视小配件的使用，过多关注结构的荷载力和应力，导致结构抗震效果一般。例如，合理使用铆钉可以提高结构的稳定性，但在使用时要注意铆钉的质量和规格。设计人员应注意抗震设计，不应将抗震设计与受力设计混为一谈，提高安全意识，确保用户有良好的体验。

4.3防腐设计

由于钢结构构件材料的特殊性，设计人员必须注意防腐设计。钢结构的腐蚀主要有两种类型，即电化学腐蚀和化学腐蚀。这两种腐蚀都会严重影响钢结构的稳定性，因此设计人员必须做好防腐设计。防腐设计主要有两种方法：1.使用防锈漆，降低钢结构腐蚀的概率，控制钢结构的腐蚀程度;2.定期对钢结构进行检查、维护和保养，及时发现钢结构的腐蚀问题，并采取相应措施，采用永久涂装方式，有效发挥防腐效果。钢材的质量也是造成钢结构腐蚀的原因之一。因此，设计人员应提前做好对钢材腐蚀效果的调查，综合考虑施工现场的实际天气情况，选择合适的防腐方法。钢材进场后，管理人员应做好质量检验工作，避免因钢材质量问题而腐蚀，影响结构的稳定性。

4.4注意钢结构的详细设计

详细设计是决定钢结构质量的重要因素之一。科学的加工方法可以提高钢结构的整体水平，保证钢结构中关键点的安全稳定。设计者应根据实际结构选择合适的连接方式，避免连接部位因受力大而产生弯曲现象，影响整体结构的美观性和稳定性，造成结构存在安全隐患.因此，设计人员必须注意钢结构的详细设计，尤其是螺栓的使用和接头的焊接工艺。要开展重点检查，认真分析数据和相关系数，确保关节安全。为保证细节的处理符合相关要求，在钢结构设计前，设计者必须分析节点的形式，确定节点的连接方式。在实际设计中，很容易出现结构细节设计与模型分析存在差异甚至完全不同的情况，严重影响钢结构的稳定性。因此，设计人员必须仔细检查以防止这种情况发生。

4.5防火设计

对于防火设计，设计师可以从耐火材料和防火涂料两个方面入手。设计人员应根据工业厂房的防火要求、防火等级和防火类型进行设计。在防火材料的选择上，应选用硬质材料，并在节点上涂抹防火材料，以提高节点的防火效果，保证钢结构的防火效果符合要求。在钢材的选择上，设计师一定要了解市场和生产厂家，选择质优价廉的产品，对产品质量进行检验，确保符合防火要求。如果钢材的耐火性不是特别好，可以选择耐火材料。钢结构中的吊顶是最容易引起火灾的位置。设计者不仅要对压型板进行防火处理，还要做好防腐工作，降低火灾概率。消防设计完成后，要结合当地的消防标准，确认消防设计是否符合要求，保证钢结构的整体消防水平。

5、安全技术策略

由于工业厂房钢结构施工的复杂性，在施工过程中必须保证安全，否则安全事故的发生率会增加。因此，有关人员应做好钢结构吊装施工的安全技术管理工作。具体可以从以下五个方面入手。（1）顶梁组装后，将安全钢丝绳固定在顶梁上，防止安全事故的发生。（2）第一根屋梁完成后，用麻绳和索风绳固定，然后进行下一步施工。（3）在施工过程中，还需要做好梁腹板高度的管理，用螺栓固定顶梁，同时可以用角钢制作的吊篮用于挂扣，一侧螺栓拧紧后，让2名施工人员抬起屋梁换面，另一面挂扣开始施工。施工过程中，施工人员应全程在防护钢丝绳或顶梁上使用安全带，不得直接系在吊篮上。（4）在拉、吊过程中，应观察绑扎的牢固程度。上面的施工人员抓住檩条放在屋梁上后，地勤人员就可以松开绳索了。此外，可使用5～6m竹梯跨越4排檩条，避免檩条变形。同时，应注意防止滑倒。当一组支撑杆安装完成后，需要将顶梁撤出，将主体横向移动，然后进行施工工作。（5）钢柱垂直度的校正。用两台经纬仪同时观察立柱的纵横两个轴。在调整过程中，可以使用千斤顶。如果钢柱轴线观察无误，固定柱脚并紧固螺栓。安装工作完成后，需要对钢柱楼板下的孔隙进行灌浆填充。然后，检查海拔和垂直度。如果标高和垂直度的偏差不符合设计规范的要求，应及时调整，以免对下道工序的安装精度产生不良影响。

结语：

在建筑行业不断发展的今天，钢结构仍然是高层建筑中最常用的施工技术，不仅空间跨度大，安全便捷，而且抗震性高，施工周期短，能為建筑企业创造更多的经济价值。在钢结构稳定性的设计中，设计人员要根据工程的实际要求，对钢结构进行全面的分析，采用合适的计算方法进行设计。在防火防震设计和细节的处理方面要更加细心，在材料的选择上要注意质量检测，从根本上提高建筑物的稳定性，为用户带来更牢固的居住场所和更好的生活体验，为建筑工程的可持续发展做出更多的贡献。工业厂房钢结构吊装工程施工存在一定的难度，其施工质量直接关系到工程效益，因此，为保障工业厂房钢结构吊装工程施工质量与施工需求相符，在实际施工中应根据实际情况，制订科学合理的施工方案，并考虑多方面的因素，如质量、效益等，相关人员应做好施工安全管理工作，为保障工业厂房钢结构施工的安全施工奠定基础。

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