門式剛架輕型房屋鋼結構設計要點

欒昱禎

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司，四川 成都 610000）

當前，建筑工程項目的周期越來越快，有些項目對于工期要求嚴格，因此一些簡單的構筑物和工業(yè)廠房，可以應用門式剛架輕型房屋鋼結構。這種結構施工快、耗材少，較為節(jié)能環(huán)保，最主要是其材料自重輕，施工起來方便，施工周期短，可以滿足建筑工程項目的進度目標。在實際的工程項目應用中，為了更好地發(fā)揮門式剛架輕型房屋鋼結構的優(yōu)點，要在設計過程中進行優(yōu)化，抓住設計要點，控制好設計質量，進一步促進我國建筑行業(yè)的發(fā)展。

1 門式剛架輕型房屋鋼結構的特點

門式剛架是一種較為簡單的結構體系，這種結構形式組成簡單、施工方便，結構自身的尺寸較小，使用空間較大，再加上鋼結構構件可以在工廠內預制好，只需要在現(xiàn)場進行連接，所以施工周期短。鋼結構具有較好的結構性能，自重輕，其能承受的荷載也較大，使得其具有較好的結構適用性，這些特點都使得其在建筑施工中應用較為廣泛。

1.1 施工周期短

由于門式剛架輕型房屋鋼結構的鋼構件事先在加工廠加工好，在現(xiàn)場施工時只需要對其進行組裝和連接，且結構設計時盡量采用螺栓連接，避免現(xiàn)場大面積焊接，所以其施工速度較快；再加上構件的尺寸較小，自重較輕，在施工過程中也不需要大型的設備和機械進行輔助，施工起來較為簡單，也提高了施工效率。這些都使得其施工周期短，能滿足項目的進度目標。

1.2 使用空間大

門式剛架輕型房屋鋼結構屋面荷載較小，對于同樣大的占地面積，這種結構可以將跨度做大，這樣在空間利用方面可以滿足業(yè)主的大跨度要求，具有更多的室內使用空間；再加上其特殊的結構形式，可以使得室內空間布局較為靈活，滿足多種建筑需求。

1.3 便于安拆，可循環(huán)使用

門式剛架輕型房屋鋼結構便于施工和拆卸，其材料基本都是鋼結構構件，可以循環(huán)使用，在施工的過程中也較為環(huán)保，不會對周圍的環(huán)境造成比較大的影響，符合當前我國可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑理念。

1.4 成本較低

由于門式剛架輕型房屋鋼結構受力比較簡單，可根據(jù)受力情況做變截面梁與變截面柱，所以其施工成本也較低，這也符合建設方的需求。對于一些對于抗震性能和穩(wěn)定性能要求不高的房屋項目，可以廣泛采用此種結構類型。

2 門式剛架輕型房屋建筑的發(fā)展

由于門式剛架輕型房屋鋼結構優(yōu)點較多，所以其發(fā)展和應用形勢一片大好。我國為了提高此種結構類型的穩(wěn)定性，也出具了相關的規(guī)范明確其設計方法及內容，如中國建筑工業(yè)出版社出版的《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范》（GB 51022—2015），內容包括多種跨度的門式剛架房屋結構設計的選材及布置。近年來，隨著鋼結構形式的應用，輕型鋼結構門式剛架結構應用愈發(fā)廣泛，在發(fā)展的歷程中，將其結構簡化為柱、梁、框架，使得其結構適用性更好。為了更好地促進門式剛架輕型房屋鋼結構的發(fā)展，要合理優(yōu)化其結構，充分應用其結構優(yōu)勢，消除其結構缺點，提升房屋結構質量。

3 門式剛架輕型房屋鋼結構設計要點

為了更好地促進門式剛架輕型鋼結構在建筑工程中的應用，要結合此種結構的特點，在設計中抓住設計要點，合理發(fā)揮其優(yōu)勢，針對其結構存在的缺點，采取有效的設計措施進行強化，提升其結構適用性。在具體的設計工作中，需要注意以下要點。

3.1 平面構造設計

在門式剛架輕型房屋鋼結構的設計中，由于其平面構造設計與結構形式有著直接的關系，不同跨度的門式剛架結構有著不同的結構類型，所以要合理選擇結構的平面尺寸，合理選擇其跨度，在保證使用空間的前提下盡量簡化剛架結構，使得其平面布局更為合理，結構穩(wěn)定性更強。

3.2 結構設計

門式剛架結構主要由剛架柱、剛架梁和支撐系統(tǒng)組成。在設計的過程中，應保證：

（1）剛架柱的承載力滿足要求，一般對于柱腳要進行加固設計，提升其穩(wěn)定性。

（2）剛架梁與柱的連接要牢固，對于跨度較大的結構要增加中柱，提升結構的穩(wěn)定性。

（3）支撐系統(tǒng)的設計包括柱間支撐系統(tǒng)和屋面支撐系統(tǒng)，進而保證整個設計的穩(wěn)定性。

3.3 支撐設計

在門式剛架輕型房屋鋼結構的設計中，要注意剛架結構的受力特點，它主要是通過主剛架來承受荷載，支撐桿件及抗風柱形成的側向結構體系來承受風荷載及地震作用。所以，在設計中不僅要重視剛架結構的選型，還要結合實際情況進行支撐的優(yōu)化設計，要根據(jù)柱的受力情況合理設計支撐的形式，要分析柱與支撐桿件之間的受力情況，選擇鉸接連接或者剛性連接，保證支撐的設計不會導致柱腳產(chǎn)生過大的拉應力，以免對基礎不利。在進行圓鋼支撐設計時，要注意該支撐結構實際上是柔性支撐，并且兩個斜支撐是沒有交叉點的，在設計中要按照尺寸要求確定好支撐的長度，做好支撐的連接點設計。

3.4 節(jié)點設計

在門式剛架輕型房屋鋼結構的設計中，除了做好以上構件的設計，還需重視結構連接節(jié)點的設計，如柱腳節(jié)點、梁柱節(jié)點、梁拼接節(jié)點，這些節(jié)點的設計直接決定了結構的穩(wěn)定性，在設計中要重點對待。

（1）柱腳節(jié)點設計。在進行門式剛架輕型房屋鋼結構柱腳節(jié)點的設計時，一定要注意柱腳的設計直接關系到了剛架結構的穩(wěn)定性，為了避免柱頂出現(xiàn)位移影響房屋結構的穩(wěn)定性，要在柱腳節(jié)點處設計平板式鉸接形式，使得結構剛度更好，提升整體結構的穩(wěn)定性。

（2）梁柱節(jié)點設計。在梁柱節(jié)點處可以用螺栓連接，以提升房屋結構的整體剛度；同時為了提升結構的穩(wěn)定性，可以在柱上增設剛性構件。

（3）梁拼接節(jié)點設計。在梁拼接節(jié)點的設計中，要考慮到梁拼接節(jié)點處正好是屋脊線，此處對拼接節(jié)點設計的要求較高，需保證此處不會出現(xiàn)形變，以免導致結構失穩(wěn)；同時吊車梁在后期的運行中，會對結構產(chǎn)生較大的應力，為了提升結構的穩(wěn)定性，要在此處選擇無基礎拼接的節(jié)點設計形式。

4 門式剛架輕型房屋鋼結構優(yōu)化設計

為了進一步提升門式剛架輕型房屋鋼結構設計質量，發(fā)揮其應用優(yōu)勢，在設計中要對其結構選型、構件設計和空間設計進行優(yōu)化設計，使得其結構設計更為合理。

4.1 結構選型的優(yōu)化設計

在實際的設計過程中，設計人員要結合實際的施工情況需要，不斷完善房屋結構形式。一般在門式剛架輕型房屋鋼結構的設計過程中，要合理選擇其結構形式。為了提升門式剛架輕型房屋鋼結構的安全性，可以選擇用單層的門市剛架結構形成一個穩(wěn)定的平面空間，按照規(guī)范中要求的，結合實際的跨度進行結構布置選型，從而提高整體空間的穩(wěn)定性。此外，對門式剛架輕型房屋鋼結構的主框架進行選擇時，需要以設計要求的實際情況為根據(jù)，一般都是通過選擇輕型鋼結構框架來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的框架，通過柱間支撐系統(tǒng)以及屋面支撐系統(tǒng)來與剛架結構構成獨立的空間穩(wěn)定體系。

4.2 結構構件的優(yōu)化設計

由于門式剛架輕型房屋鋼結構的特點是結構尺寸小、室內空間大、成本較低，所以在結構設計時，要對其結構構件進行合理優(yōu)化，在保證結構承載力的前提下，盡量簡化其結構構造和結構尺寸，對比不同跨度的剛架選用表和構件布置示意圖，選擇成本最優(yōu)、結構性能最符合要求的門式剛架結構。

4.3 空間布局的優(yōu)化設計

由于門式剛架輕型鋼結構房屋形式結構多變，在空間布局的設計中一定要靈活處理，可以結合房屋的需求選擇合理的門式剛架類型。對于同樣室內空間的建筑，可以有多種平面形式以滿足空間需求，這就需要設計人員熟練掌握不同跨度的門式剛架的設計方法，綜合考慮其施工成本。例如，一榀剛架寬度為71m，可分為三跨，結構設計時采用兩個方案進行對比，方案一跨度為24m+23m+24m，方案二跨度為23m+25m+23m，經(jīng)過計算，方案二用鋼量更節(jié)省。兩個方案跨度上區(qū)別并不大，但經(jīng)濟性有區(qū)別，所以設計時可考慮適當減小邊跨跨度，適當增大中間跨度，這樣更能滿足經(jīng)濟性要求，發(fā)揮門式剛架的優(yōu)勢，降低了成本。

5 結束語

當前，我國建筑行業(yè)快速發(fā)展，各種新的結構形式被廣泛應用到建筑工程中。門式剛架結構作為一種傳統(tǒng)的結構形式，結合近年來較為火熱的鋼結構形式，就形成了一種獨具特點的門式剛架輕型房屋鋼結構形式，在工業(yè)廠房和物流建筑中得到廣泛應用。為了更好地發(fā)揮其結構優(yōu)勢，一定要合理分析其設計要點，在設計工作中做好設計優(yōu)化，保證設計質量，提升結構的穩(wěn)定性，降低施工成本，使得其能更好地應用到我國的建筑行業(yè)中來，促進我國建筑行業(yè)的發(fā)展。