浅析门式钢架设计方法

　　摘要：本文简要介绍门式轻钢结构的概况，对它的设计方法、设计步骤、设计选材、和设计中应注意的事项，做了介绍，使结构设计人员，对轻型门式钢结构设计有一个完成的认识，掌握常规设计方法。

　　关键词：轻型门式钢架;设计方法;结构设计

　　Abstract: This paper briefly introduces the door type of light steel structure general situation, it's the design method and design steps, design select material, and matters needing attention in design, do the introduction, so that the structure design personnel, for light door type steel structure design is a complete understanding of, master conventional design method.

　　Key Words: light door type steel; design method; structure design

　　中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

　　轻型门式钢架结构形式，一般用于工业厂房，具有施工速度快，自重轻，柱网布置灵活等特点。上世纪90代以来，随着我国钢产量大幅提高，门式钢架也得到广泛应用、结构设计方法也日趋完善。目前多数设计院采用PKPM的STS进行门式钢架设计。

　　在日常应用中，门式钢架梁柱，多用焊接H型变截面构件，单跨钢架梁柱节点用刚接，多夸一般是刚接、铰接并用;柱脚与基础可刚接或铰接，维护结构多采用压型钢板，保温隔热多采用玻璃棉。

　　门式钢架设计一般采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，按分项系数设计表达式进行计算，承重构件按承载力极限状态和正常使用极限状态进行设计

　　一.确定柱网

　　轻钢厂房结构设计首先要根据工艺生产要求确定柱网，尽可能满足生产工艺和使用要求，按实际情况确定钢架的高度、跨度、本人通过多个工程的设计实践，在门式钢架设计工程中对柱网的确定得出以下结论：

　　当檐高6m、柱距为7.5m，荷载情况完整一致下，跨度在18~30m之间的钢架单位用钢量(Q235B)为18~28kg/m2，当跨度在21~48m之间的单位钢架用钢量为25~40kg/m2,当房檐高度为12m、跨度超过48m时宜采用多跨钢架(中间设置摇摆柱)，其用钢量较单跨钢架节俭18%左右，因此设计门式钢架时应根据具体要求选择较为经济的跨度，不宜盲目采用大跨度。对门式钢架轻型钢结构而言，钢架用钢量是最主要部分，当钢架跨度较小时，钢架用钢量甚至占总用钢量的50%以上，而其它各构件用钢量，特别是墙架梁、柱间支撑、屋面支撑、，所占比例较小。随着柱距增大，其他各部分结构的用钢量均随柱距增大而增加，特别是吊车梁，由于柱距较大，需采用格构式，其用钢量所占的比例较大，并最终超过了钢架的用钢量。其次是檩条，由于长细比的要求，用钢量增长也很快。综合各项用钢量，设计时可以做出多种方案进行比较，最终选择最佳方案。

　　二.门式钢架荷载取值

　　门式钢架房屋上作用的荷载一般有：竖向荷载(结构自重、雪荷载、积灰荷载等)和水平荷载(风荷载、吊车刹车力)，地震荷载。由于轻钢结构自重较轻。所以对地震的反应也较轻，这一点对抗震非常有利。

　　三.钢架内力和侧移计算方法

　　1.内力计算方法：对于变截面门式钢架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当钢架的的梁柱全部为等截面时才容许采用塑性分析方法。变截面门式钢架的内力通常采用杆系单元的有限元法(直接刚度法)计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。根据不同的荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。

　　2.侧移计算方法：变截面门式钢架的柱顶侧移应采用弹性分析方法断定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后演算时钢架的侧移刚度不满足要求，需采用以下方法进行调整：放大柱或梁的截面尺寸，改铰接柱脚为钢接柱脚。

　　四.檩条、拉条和撑杆设计

　　1.檩条设计

　　檩条属于双向受弯构件，在进行内力分析时应沿截面两个型心主轴方向计算弯矩。设计时，应对檩条进行强度计算、整体稳固计算、变形计算。

　　檩条设计时，要考虑到檩条为冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算时应采用有效宽度，对原有截面要消弱。同时强度计算要用净断面，要考虑钉孔削弱。种削弱，一般达到6-15%，对小截面窄翼缘的梁影响较大。

　　檩条设计时，应考虑檩条不仅仅是支撑屋面板或悬挂墙面板的构件，而且也是钢架梁柱隅撑设置的支撑体，设置一定数量的隅撑可减少钢架平面外的计算长度，有效的保证了钢架的平面外整体稳定性。

　　2.檩条的拉条和撑杆设计

　　(1)拉条的位置

　　是否设置拉条，这与檩条的侧向刚度有关，对于侧向刚度较大的轻型H型钢和空间桁架式檩条一般可不设拉条。对于侧向刚度较差的实腹式和平面桁架是檩条，为了减少檩条在安装和应用阶段的侧向变形和扭转，保证整体稳固性，一般需要在檩条间设置拉条，作为侧向支撑点。当檩条跨度≤4m时，可按计算结果判断是否需要设置拉条;当房屋坡度i>1/10，檩条跨度>4，,宜的檩条的跨中设置一道拉条;当跨度>6m时，宜在檩条跨度三分点处，每点各设一道拉条或撑杆，在檐口处还应设置斜拉条和撑杆。拉条的直径为8~12mm，根据荷载和檩距大小选用。

　　(2)撑杆的设置：檩条撑杆的作用是限制檐檩和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑杆的长细比按压杆要求λ≤220，可采用钢管、方钢管或角钢做成。撑杆处应同时设置斜拉条。

　　五.如何断定屋面支撑与柱间支撑的大小

　　1.屋面支撑。屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比选择。交叉斜杆和柔性系杆按拉杆设计，可采用单角钢，非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T形截面。

　　当屋架跨度较大、房屋较高且风压较大时，杆件截面应按桁架系统计算出内力断定。计算支承杆件内力时，可假定在一定程度荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。

　　2.柱间支撑：对厂房来说，分为上层支撑和下层支撑。上层支撑计算时，为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力，支撑腹杆按柔性拉杆计算。交叉系统的下层支撑当吊车较小时一般用圆钢，较大时应采用角钢或槽钢。为了加大厂房纵向刚度，当吊车较大时，交叉斜杆应按拉杆设计。

　　六.隅撑的作用与设计

　　隅撑的作用是禁止梁的下翼缘及柱的内侧翼缘失稳。并在设计计算中作为减少梁柱的平面外计算长度的最不利侧向支撑间的最大间距。

　　在恒荷载和活荷载等荷载组合作用下，一般的梁受力是上翼缘受压，下翼缘受拉，这样檩条与钢梁的有效连接为梁上翼缘的稳固供给了可靠的支撑。所以一般情况下梁的平面外计算长度取两倍的檩条间距、上翼缘的稳固可以保证。在受到风吸力荷载作用时，下翼缘受压，上翼缘受拉，这样下翼缘的稳固性没有可靠的平面外支撑。因此，在梁的下翼缘上应加设隅撑给钢梁的下翼缘提供支撑。

　　结语：轻型门式刚架具有造价低，自重轻，基础处理费用低，安装简单，施工工期短，现在被广泛采用，随着我国钢产量增加，及钢结构施工技术提高，设计手段的优化，其经济效益将更加明显。

　　参考文献

　　[1]《钢结构设计手册》主编：汪一骏 郁银泉

　　[2]《钢结构设计规范》GB50017-2003

　　[3]《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002;