門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計形式及特點分析

孫 毅

（唐山鋼鐵集團有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)是一種建設(shè)周期短、質(zhì)量可靠性高的現(xiàn)代建筑施工技術(shù)，其在擁有諸多優(yōu)點的同時，也存在抗側(cè)力較差等一些缺陷和問題，這就在一定程度上限制了它的應(yīng)用范圍，而且成為導(dǎo)致工程事故多發(fā)的主要原因，這是我們應(yīng)該注意的一個重要問題。門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作至關(guān)重要，它直接關(guān)系著鋼結(jié)構(gòu)的建材用量和工程質(zhì)量以及安全系數(shù)等。近年來，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)建筑越來越多，很多工業(yè)廠房、大型倉庫、體育場館等建筑都采用門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)建造工藝。門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)點，例如：工程設(shè)計相對簡單、施工材料用量較少、施工建設(shè)速度較快、建筑造型外觀簡潔等，而且鋼結(jié)構(gòu)具有較高的強度，抗震性能好，與普通建筑相比，其自身重量較輕，因此在工程建設(shè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計形式分析

在我國工業(yè)廠房建設(shè)領(lǐng)域，近年來，門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)得到了快速推廣應(yīng)用，成為一種重要的新型建筑形態(tài)。門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)適用于單層工業(yè)廠房和倉儲房屋的建設(shè)，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，設(shè)計建造過程簡單快捷，具有完善的建造標(biāo)準(zhǔn)體系，鋼結(jié)構(gòu)部件便于加工制作和運輸，而且安裝使用方便快速，其結(jié)構(gòu)形式設(shè)計主要根據(jù)房屋建設(shè)規(guī)模進行確定，有單跨剛架結(jié)構(gòu)、雙跨剛架結(jié)構(gòu)以及多跨剛架結(jié)構(gòu)等幾種不同形式。

2 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點分析

2.1 具有自重輕的優(yōu)點

與混凝土結(jié)構(gòu)相比，輕鋼結(jié)構(gòu)的自身重量要小得多，甚至比混凝土結(jié)構(gòu)重量的一半還要小。輕鋼框架結(jié)構(gòu)建造的房屋自身所占的空間更小，頂部和四周的墻壁較薄，大大減輕了建筑的整體重量，鑒于其結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，可以實現(xiàn)更加個性化的設(shè)計建造要求，更好地滿足房屋建筑的實際需要。而且在設(shè)計建造的過程中，可以很好地滿足房屋建設(shè)的跨度要求，所使用鋼材的截面尺寸根據(jù)設(shè)計要求進行確定，由于整體結(jié)構(gòu)的自身重量較輕，建筑結(jié)構(gòu)的占用空間較小，因此其實際使用面積更大。

2.2 輕鋼結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性

鋼材本身具有極好的力學(xué)性能，抗壓性和抗拉性都很好，具有較大的承載力，剛度和結(jié)構(gòu)強度都非常高，因此具有良好的使用性能，再加上其整體性較強，就使得其抗震性能更加突出。輕鋼框架結(jié)構(gòu)良好的穩(wěn)定性是由多方面因素形成的，在工程設(shè)計建造過程中，以鋼柱和鋼梁組成基本框架結(jié)構(gòu)，由于鋼材具有極高的強度，不僅抗壓性能突出，而且抗拉性能也是其他材料不可比擬的，并且鋼材還具有一定的塑性變形能力，這就使整個框架結(jié)構(gòu)的抗震性能大大增加，結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性得到更好地保障。在地震發(fā)生時，可充分吸收消化震動產(chǎn)生的能量，使房屋不僅具有良好的抗拉伸能力，而且還能夠承受一定的扭曲和形變，大大減輕地震造成的危險和損失。

2.3 輕鋼結(jié)構(gòu)的施工速度較快

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)是由不同的部件組合而成的，其構(gòu)建加工簡單快捷，施工建設(shè)方便快速，而且對地基的地質(zhì)條件和施工要求不高，極大地加快了施工速度，整個建筑物的建造周期大大縮短。一般情況下，由于輕鋼結(jié)構(gòu)具有一定的設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)，因此工程設(shè)計過程和施工建設(shè)過程更加標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，工程建設(shè)人員按照定型的設(shè)計方案進行施工即可，更好地避免了偷工減料等違法違規(guī)建設(shè)行為，使建筑工程質(zhì)量能夠得到更好地保障。其構(gòu)件加工制作比較簡單，取材方便，因此能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。其安裝施工也比較簡單，而且不會像混凝土結(jié)構(gòu)施工那樣，不會受到天氣和季節(jié)的影響，在全年任何時間都可以施工建設(shè)，比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工時間要短得多。

3 關(guān)于門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作探討

3.1 合理設(shè)計結(jié)構(gòu)跨度

跨度的確定是門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中極為重要的一個環(huán)節(jié)。一般而言，跨度主要受兩方面的影響：不同的生產(chǎn)工藝流程和使用功能。門式剛架結(jié)構(gòu)一般根據(jù)其使用功能，確定較為經(jīng)濟的跨度。

就筆者的實際經(jīng)驗來看，當(dāng)柱高、荷載一定時，可以適當(dāng)加大門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的跨度，這樣的改進不會明顯增加剛架的用鋼量，但在空間的節(jié)約方面起著至關(guān)重要的作用。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)實際情況選擇方案，不宜盲目追求大跨度。

3.2 合理設(shè)計剛架柱距

剛架最優(yōu)柱距也是影響門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)性能的一個關(guān)鍵因素。剛架跨數(shù)、屋面荷載、檁條形式等因素都會影響到剛架的間距。柱距增大，剛架承受的荷載面積增大，檁條和支撐跨度增大，拉條布置增多，總用鋼量呈非線性變化。

3.3 科學(xué)進行抗震設(shè)計

在進行工程設(shè)計的過程中，要注意做好建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計工作，首先要選擇有利的建筑場地，以堅硬的中硬土質(zhì)場地為宜，這樣的場地能夠減少地震對建筑的破壞力，如果無法決定場地選擇時，則必須在其他方面采取一些補救措施。輕鋼結(jié)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)布置至關(guān)重要，因此要對結(jié)構(gòu)布局進行合理設(shè)計為了進一步提高抗震性能，在設(shè)計時要力求建筑形狀更加規(guī)則，使其符合力學(xué)原理，要盡量保證結(jié)構(gòu)的對稱性，這樣能夠有效增加建筑物的整體性和抗震性。輕鋼結(jié)構(gòu)通常具有更好的堅韌性，在進行工程設(shè)計的過程中，要通過科學(xué)的設(shè)計充分發(fā)揮其自身的強度、剛度、韌度等優(yōu)點，使其具有良好的形變承受能力，以及對地震能量的吸收化解能力。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種房屋建筑形態(tài)與技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，滿足了經(jīng)濟社會發(fā)展對房屋建造的需求。其中，門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)近年來得到廣泛應(yīng)用，它屬于一種輕型的鋼結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)，其結(jié)構(gòu)體系設(shè)計建造比較簡單，主要是通過門式剛架作為建筑本身的承重結(jié)構(gòu)，再在其頂部配套一種輕型的鋼材屋蓋作為屋頂，在其四周進行墻體圍護，其中還包括必要的支撐系統(tǒng)，共同組成一個完整的鋼結(jié)構(gòu)建筑體系。在工程設(shè)計過程中，要按照輕鋼結(jié)構(gòu)的自身特點和設(shè)計原則進行科學(xué)設(shè)計，對結(jié)構(gòu)跨度和剛架柱距進行合理設(shè)計，另外還要進行科學(xué)的抗震設(shè)計，確保門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。