淺述門式剛架設計

魏立峰

【摘 要】近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，門式剛架結構以其諸多的優(yōu)點，在建筑工程中的應用日益廣泛。門式剛架結構具有受力簡單、傳力路徑明確等特點，并且操作簡便，可大幅度縮短工程工期，節(jié)約工程投資成本。本文主要針對門式剛架結構設計中的主要內容進行探討，旨在提高門式剛架結構設計質量，促進我國鋼結構應用的發(fā)展。

【關鍵詞】建筑；門式剛架；結構；設計

門式剛架作為輕鋼結構的一種，其具備以下特點：跨度大、施工周期短、結構布置靈活、安裝及遷建方便、材料相對節(jié)省、對地基適應能力較強。

因此，近些年來已被廣泛應用于單層工業(yè)廠房等結構中。鑒于門式剛架本身的受力特點，在結構設計中大都以二維模型計算單榀剛架，然后根據(jù)計算和構造滿足各規(guī)范對于柱間支撐、水平支撐、隅撐、檁條、拉條等方面的要求，從而滿足整個結構的三維受力性能。本文著重針對設計中涉及的構件計算及構造進行探討。

一、門式剛架輕型房屋結構的特征

門式剛架的結構形式按跨度可分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數(shù)可分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20～1/8。門式架的橫梁和鋼架柱根據(jù)建筑物的跨度、高度、荷載大小及荷載種類可采取變截面或等截面。一般將鉸結梁柱間的單層結構稱為排架，多跨多層的鋼架類型結構稱為框架。

二、門式剛架結構設計的主要內容

1.柱腳節(jié)點的設計

根據(jù)柱腳能否抵抗彎矩進行劃分，將柱腳分為剛接柱腳和鉸接柱腳兩種。通常情況下，鉸接柱腳運用的是錨栓連接，剛接柱腳包括錨栓加勁板連接和埋入式連接。鉸接和剛接最大的區(qū)別則是控制側移上的不同，若結構對側移的控制較嚴格，則應運用剛接柱腳的方法，例如：當存在吊車荷載的情況時，應設計柱腳為剛接柱腳，其余情況下，應將柱腳設計為鉸接形式。通常底板和基礎頂面的摩擦力對柱底剪力進行傳遞，若無法與要求相滿足，則應通過設置抗剪鍵的方法進行應用。

2.梁柱節(jié)點的設計

運用端板豎放、端板斜放以及端板橫放的形式對門式剛架斜梁與柱進行連接。端板豎放在局部等截面柱中得到適用。當豎向荷載發(fā)揮控制作用時，端板橫放能夠使節(jié)點的設計剪力得到減少，通過柱的壓力對節(jié)點受力的有力作用進行充分利用。

當存在較大節(jié)點彎矩時，可運用端板斜放的形式，使抗彎連接的力臂得到加長，對螺栓的布置提供便利。端板拼接連接形式主要包括兩種，有外伸式和平齊式兩種，端板外伸式接待你受力合理，與平齊式節(jié)點的承載力相比較高。

所以，應盡可能運用外伸式端板連接，同時，應在節(jié)點板外伸部分對加勁肋進行布置，促使與受拉翼緣兩側靠近的螺栓能夠達到均勻受力，從而達到一致狀態(tài)，使節(jié)點的抗剪能力得到提升，有效地將節(jié)點板的變形得以減少。

3.支撐和系桿的設計

在門式剛架輕鋼結構中，支撐體系發(fā)揮著極為重要的作用，其主要表現(xiàn)在以下幾方面內容：

（1）通過連接各個平面剛架，使其形成存在穩(wěn)定性及空間剛度的整體結構。

（2）向結構和構件的平面外整體穩(wěn)定提供側向支撐點的作用，使平面外的計算長度得到減少。

（3）對合理且簡捷的傳遞風力、溫度應力、吊車縱向水平剎車力以及地震力等縱向荷載進行明確。

輕型門式剛架結構的支撐系統(tǒng)包括斜交叉支撐和門架支撐兩種，而交叉支撐又分為剛性支撐和柔性支撐，通常情況下，高度小且無吊車的簡單廠房運用的是柔性支撐，而高度大且有吊車的狀況下則運用的是剛性支撐。由于建筑功能和外觀的要求，在某些開間內不能設置交叉支撐時，可采用門架支撐進行設置，使中間各剛架的屋面系桿得到連接，通常應在兩端檐口和跨中各進行一道設置。

4.檁條和墻梁的設計

檁條設計：（1）檁條的截面形式可分為實腹式和格構式兩種。當檁條跨度不大于9 m時， 應優(yōu)先選用實腹式檁條。實腹式檁條宜采用卷邊槽形和斜卷邊Z形冷彎薄壁型鋼。（2）檁條屬于雙向受彎構件，在進行內力分析時應沿截面兩個形心主軸方向計算彎矩。（3）檁條應進行強度計算、整體穩(wěn)定計算、變形計算。（4）檁條一般設計成單跨簡支構件，實腹式可設計成連續(xù)構件。（5）檁條尚應滿足其他相關構造規(guī)定。

墻梁設計：（1）墻梁一般采用冷彎薄壁卷邊槽形鋼，有時也可采用卷邊Z形鋼。（2）墻梁在其自重、墻體材料和水平風荷載作用下，也是雙向受彎構件。（3）墻梁應盡量等間距設置，在墻面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿處應設置一道墻梁。

檁條（墻梁）上拉條設置原則：當跨度在4～6m時，宜在跨中設一道拉條；當跨度大于6m時，宜在跨間三分點處各設一道拉條。

5.防腐、防火設計

鋼材的耐腐蝕性和耐高溫性較差，由鋼結構腐蝕、火災導致的事故問題時有發(fā)生。它不僅會導致經(jīng)濟受到損失，而且還存在著較大的安全隱患。在鋼結構的防腐、防火設計方面，主要包括兩方面內容：

（1）鋼材表面除銹。

鋼材表面的污物會對涂料在鋼材表面的附著力造成嚴重影響，并導致漆膜下的銹蝕出現(xiàn)持續(xù)擴散，引發(fā)涂層破壞或失效的問題產(chǎn)生。所以，鋼材表面處理質量的好壞會直接影響到涂層的防護效果和壽命，甚至超出了涂料自身品種性能差異產(chǎn)生的影響。鋼材表面的除銹等級滿足《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定》（GB/T 8923.1-2011）中的相應等級標準。

（2）在鋼結構表面涂刷防腐、防火涂料。

作為一種含油或不含油的膠體溶液，防腐、防火材料是在鋼材表面進行涂敷，能夠形成一層薄膜對鋼結構實施保護。通常情況下涂料的構成包括底漆和面漆兩種，底漆的作用能夠確保漆膜和基層與面漆形成牢固連接，而面漆的作用是對下層底漆實施保護。防腐涂料的種類和噴涂遍數(shù)、厚度均應符合《建筑鋼結構防腐蝕技術規(guī)程》JGJT251-2011和《建筑用鋼結構防腐涂料》JGT 224-2007的要求。防火涂料的種類和噴涂遍數(shù)、厚度均應符合《鋼結構防火涂料》GB14907-2002和《建筑鋼結構防火技術規(guī)范》CECS200：2006的要求。

結語

總之，在工業(yè)和民用建筑中，隨著門式鋼結構的應用逐漸趨于廣泛，促使鋼結構工程設計水平的提升顯得極為重要。對于輕型房屋鋼結構設計工作人員而言，不僅應對專業(yè)理論知識進行掌握，而且還應對輕型房屋鋼結構工程的制作安裝、現(xiàn)場環(huán)境因素以及相關狀況進行全面了解。只有通過進行且合理的設計，才能實現(xiàn)輕型房屋鋼結構得到快速發(fā)展。

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