【摘要】在当下轻型房屋钢结构中，门式钢架的应用最为广泛。轻型房屋门式钢架钢结构设计通常是用以概率理论作为前提的极限状态设计法，参照分项系数设计表达予以计算；另外，承重构件则依照正常使用与承载能力的极限状态予以设计。本文从结构设计专业出发，结合工程实际，关于屋面荷载、柱距、跨度、柱脚的抗风措施等合理的做法进行探讨。
【关键字】 轻钢；荷载；柱距；跨度；柱脚
轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度较快的新型结构形式的一种，广泛应用于工业、公共建筑，具有施工速度快、建筑造型简洁、钢材用量少[1]、跨度大、重量轻、综合造价低等优势，而门式刚架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式，在我国更是大量涌现。近几年来，随着我国钢产量的增加和焊接H型钢的出现，门式刚架更是发展迅猛，到目前为止我国建成此类结构工程已达8400多万平方米，而且每年以约1000多万平方米的速度增加[2]。目前，门式刚架从设计、制作到安装已形成完全一体化。通过工程实践，本人在门式刚架设计与应用方面积累了一点有益经验。
一． 屋面活荷载取值
门式刚架结构设计的主要依据为《钢结构设计规范》（GB50017-2003），《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002)和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002），对于屋面结构，《钢结构设计规范》规定活荷载为0.5KN/m2，但构件的荷载面积大于60 m2的可乘折减系数0.6,门式刚架符合此条件，活荷载取为0.3KN/ m2,国外一些国家这类房屋设计时，要考虑0.15-0.5N/m2的附加荷载，我国无此规定，现在有的钢架梁太细[3]，檩条太小，明显有克扣荷载现象，遇到一些情况造成超载，很容易出安全问题，因此屋面活荷载的取值决不能再小，不能在有限的活荷载中挖潜。
二． 合理跨度和高度的确定
不同的生产工艺流程和使用功能在很大程度上决定着厂房跨度，有的业主甚至要求轻钢生产厂家根据自己的使用功能，确定较为经济的跨度。在尽可能满足生产工艺和使用功能上，应根据房屋的高度确定合理的跨度。一般情况下，当柱高、荷载一定时，适当加大跨度，刚架的用钢量增加不太明显，但节省空间，基础造价低，综合效益较为可观。经过较多的计算和有关参考资料发现，当檐高6m、柱距为7.5m，荷载情况完全一致下，跨度在18-30m之间的刚架单位用钢量（Q235-B）为18-28kg/ m2，当跨度在21-48m之间的刚架单位用钢量为25-40kg/ m2，当檐高为12m、跨度超过48m时宜采用多跨刚架（中间设置摇摆柱），其用钢量较单跨刚架节约18%左右，因此设计门式刚架时应根据具体要求选择较为经济的跨度，不宜盲目追求大跨度。
控制屋脊垂度
一般情况下，框架斜梁竖向挠度限值为1/180，除去验算坡面的斜梁扰度之外，是否需要对跨中下垂度进行验算，往常尚无具体的标准，屋脊点垂度可能不包含在内。但现在来看，应当处于计算范围内。通常是对构件进行分段，通过等截面程序予以计算，每一段均需要对竖向位移和水平位移进行计算，切忌超出允许值，换言之，便是需要对跨中垂度进行验算。跨中垂度可将屋面竖向刚度反映出，若刚度较小，便会使竖向变形增大。本身需要的度就小，一旦脊点下垂，则会导致屋面漏水，此为漏水的主要原因之一。部分工程因屋面竖向刚度较小，第一榀山墙间与刚架屋面有斜坡出现，便会导致屋面变形。因此建议在侧移刚架后，若山尖下垂明显影响到坡度，譬如导致坡度<1/20，要对山尖垂度进行验算，以便积极控制屋面刚度。
四．刚架最优间距的确定
刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关，当刚架跨度较小时，选用较大的间距，会增加檩条的用钢量是不经济的。刚架规范规定，刚架柱距宜为6m，7.5m，9m，最大可采用12m。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过较多的计算和有关参考资料发现，随着柱距的增大，刚架的用钢量是逐渐下降的，但当柱距增大到一定数值后，刚架用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、吊车梁、墙梁的用钢量会随着柱距的增大而增大，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降而后又上升。因此，在一定条件下，门式刚架存在着一最优间距，
下表列出在一般情况下不同跨度所对应的最优间距：
跨度（m） 最优柱距（m）
9---12m 5.5m
12---18m 6m
18---36m 6—7.5m
36---45m 7.5—9m
45m以上 9m
因此，一般情况下，门式刚架的间距应在6—9m之间，超过9m时，屋面檩条与墙架体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。
五．檩条设计
檩条计算时有较大的问题。檩若为冷弯薄壁构件，压弯板件或者受压板件宽度便比较大。受力时需屈曲，应当通过有效宽度计算强度，减弱原有截面，切忌像热轧型钢一样全截面有效。《冷弯薄壁型钢构件技术规范》[4]中提出过有效宽度理论。部分设计者或许不甚了解，甚至未考虑某些设计软件。设计不可单纯依赖软件，还需准确判定。未考虑软件者需充分考虑。另外，设计时设计者常忽视强度计算需通过净断面进行，并且未提高对钉孔减弱的重视，此种减弱通常可达到6%至15%，会明显影响到小截面窄翼缘的梁。分子刚架整体时一般是用全截面进行，若计算强度时未采用净截面，实际应力将会高出计算值。国外文献中显示，其应用的檩条比较薄。部分学者在研究时也想采用薄的檩条，但其忽视的是，国外檩条常应用高强度低合金钢，而我国此种材料中的Q345型冲压性能不足，因此只有Q235可供选择。另外，国外是遵照有效截面对承载力进行计算的，若应用Q235，并且想用薄的檩条，计算时又未对有效截面充分考虑，在荷载稍微变大时便会造成檩条垮掉。
六.柱脚的抗风措施
在工程实例中，有的刚架在大风时柱子被拔起，在排除材料、施工等诸多问题后，其主要原因不是刚架计算失误，而是设计柱间支撑时未考虑支撑传给柱脚的力，尤其是房屋纵向尺寸较小时，只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载，支撑传给柱脚的拉力很大，若柱脚没有采取可靠的抗拔措施[5]，很可能将柱子拔起，因此，在风荷载较大的地区刚架柱受拉时，在柱脚应考虑抗拔设计，如锚栓端部设锚板等。
七.总结
轻型门式刚架结构具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点，在工业厂房中得到较为广泛的应用。但是，我国轻钢结构毕竟起步较晚，在理论与实践中与国外发达国家尚有很大差距，在实际工程设计中，由于门架变截面件的截面尺寸需要经过多次试算才能确定，加之目前设计人员的设计经验还不够丰富，杆件截面的选择较难达到最合理状态，容易造成整体结构各杆件应力不均，不仅经济指标不够理想，还危及整体结构安全。为了安全、经济地设计门式刚架，作为一个设计人员还需要进一步学习和提高我们的设计观念和设计水平，确保工程的设计质量，推动门式刚架轻型钢结构的进一步发展。
【参考文献】
[1]胡川,陈水荣,张同忠等.矩形钢管桁架屋面抽柱门式刚架设计方法研究[J].钢结构,2016,31(12):69-73.
[2]宁博.门式刚架重型钢结构厂房设计与分析[D].西安建筑科技大学,2015.
[3]杨文伟,张文淑.门式刚架半刚性节点连接性能研究[J].钢结构,2017,32(8):26-28,14.
[4]邹沁.轻型门式刚架设计应注意的几个问题[J].科技与企业,2015,21(8):113-113.
[5]杨强.谈门式刚架轻钢结构设计中的若干问题[J].中国科技投资,2017,23(31):57.
论文作者:邱忠虎
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年2月上第3期
论文发表时间:2018/10/18
标签：荷载论文; 檩条论文; 跨度论文; 屋面论文; 截面论文; 钢结构论文; 结构论文; 《中国住宅设施》2018年2月上第3期论文;