摘要：门式钢架轻钢结构作为当前工商业、文娱和公共事业广泛应用的简易建筑型制，其结构设计的安全性、质量性和经济性直接影响该类建筑价值的发挥。为了达到门式钢架轻结构设计的合理与科学，要结合建设的发展实际与运营功能的基本需求，实现材料选择、荷载、支撑体系、连接节点等方面的不断优化，为门式刚架轻钢结构设计水平现代化提供科学指导。
关键词：门式钢架结构；工业厂房；结构设计
1门式刚架轻型建筑钢构造特征
门式刚架轻型钢建筑质量轻、抗震性能好；具有极高的工业可塑性和高效的工作实效；经济回报好，对环境没有污染，无需耗费大量能源且可以重复使用部分原材料；同量原料下可以形成更大体积。在工业厂房中应用轻钢结构的一个重要原因就是造价成本低。同时，钢构件在现场拼装前可根据设计要求提前生产，前期制作环节也使得整个建设工期大幅度缩减，施工成本进一步降低。钢架结构作为一种可以多次重复使用的材料，可以根据工业厂房的实际要求进行拆卸重组，因此钢架结构在使用中也有着较好的环保性能。
2门式钢架结构工业厂房结构设计
2.1材质选用
轻便门型钢构造通常是碳结构的钢和低程度的合金高硬度钢，对于以抗压性控制为基础的抗压性部件，可以使用低合金高组合结构钢。高强度低程度合金有五大种类：A、B、C、D、E。钢材碳结构它也有四个种类：A、B、C和D。然而，随着碳含量的增加，钢的抗拉和粘合强度增加，从而降低了钢的成型、冷弯曲和抗冲击能力，可结合程度也降低。在选择钢材的编码和特征时，应计算到部件的关键性、负荷性能、耐受性、结合渠道和周遭环境条件。在保证承重结构承载能力满足极限化需求的一方面，还要注意构件碳、硫、磷的含量，以防构件易发生脆性破坏。
2.2荷载设计
作用在门式钢架结构上的荷载主要包括永久荷载、竖向可变荷载、风荷载、温度荷载和地震荷载。其中永久荷载即恒荷载，包括型钢构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的自重，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件等。可变荷载是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略不计的荷载。对于门式钢架结构而言，可变荷载为各种自然和气象条件下结构外部所承受的风荷载和雪荷载，以及长期使用过程中积累的杂物灰尘自重。除此之外，其荷载还应包括偶然荷载，如地震荷载，此类荷载不定时出现且出现时间较短，但对结构的安全和耐久性影响较大。在进行结构设计时，需要对各种荷载进行全面、系统的分析研究，考量荷载对结构所产生的影响，以采取合理的应对措施。
2.3柱间支撑设计
在支撑体系设计中，要有整体性和全局性概念。必须在纵向支撑柱间布置合规的连续梁支撑，在连续梁的顶面设置上弦横向水平支撑，保证纵横双向的支撑在同一个开间内。鉴于圆钢侧向支撑的刚度较小，且具有连接松弛和易产生初始弯曲的缺陷，当纵横支撑体系采用圆钢的情形下，为了避免安装时的下垂与弯曲，设计中要加设张紧装置，保证支撑始终处于张紧和提伸状态。在安装桥式掉车结构以及考虑8度以上地震作用的结构设计中，宜采用型钢，以实现对纵向柱和连续梁的支撑。在大吨位行车以及大跨度的条件下，如果不设置制动桁架或制动板，吊车梁的上翼缘截面会很大。要设置制动桁架或制动板，以减少吊车梁上翼缘的截面，并兼作走道板。是否需要设置制动桁架或制动板，要在计算时充分考量(如对32/5吨、跨度只有6m的吊车，就没有设置制动桁架的必要)。
在设置摇摆柱之后，如边柱长细比不符合要求，应首先明确门式钢架边柱构建平面内长度系数与摇摆柱之间的关系。当边柱应力很小，而长细比与设计要求不符时，不能盲目调整边柱的截面，可以将部分摇摆柱改为上端或下端刚接的形式，减少连续摇摆柱的数量(一般不得超过3根)，将长细比恢复到正常水平。
2.4隅撑设计
（1）隅撑的位置与间距设计。通常选择在檐口、门式刚架斜梁、柱内翼缘交点处进行隅撑设置，在综合考虑到钢梁扭转、恒载、风载等不同工况条件下的内力变化情况，应对全梁设置隅撑。在隅撑的间距设置上，通常轻钢厂房内将檩条间距设为1500mm，对此应针对梁跨L/4处围绕每根檩条进行隅撑设置，针对梁跨中部的L/2处采用每隔一根檩条进行隅撑设置，以此满足钢梁平面外稳定要求。
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（2）隅撑与檩条的配合设计。通常檩条属于双向受弯构件，隅撑的设置将对其竖向承载起到辅助作用，但一定程度上也会导致檩条内部形成轴向压力，使檩条受力模型转化为压弯构件。鉴于檩条主要由2～3mm钢板冷弯成型，其自身的高厚比、隅撑的轴向压力、螺栓抗剪等因素均会影响到檩条的局部承压情况，对此还需着重优化隅撑与檩条的配合设计，保障隅撑的支撑效果。
（3）隅撑连接孔设计。部分企业为节约安装工序耗时，选取长圆孔进行隅撑连接孔的设计，然而长圆孔一定程度上将削弱隅撑的支撑力，在进行隅撑连接孔设计时还需综合考虑到施工精度要求、安装便捷性及隅撑受力特点等因素，优化隅撑设计。
（4）隅撑穿越下层钢板的设计。部分施工条件下，隅撑需穿过现场复合屋面的下层钢板，檩条位于上下两层压型钢板之间，其中填充了一定量的保温棉。通常可采用以下两种方法进行隅撑设计：其一是先针对屋面底层钢板进行施工，随后进行隅撑设置，在钢板处设三角形缺口便于隅撑穿过；其二是选取连接钢板固定在檩条的一侧，使其下端伸出底层屋面板，实现与隅撑的有效连接，使隅撑得以顺利通过。
2.5连接节点设计
结合《门规》(CECS102：2002)第4.1.4条规定：“门式刚架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。”在计算支撑内力时，假定节点为铰接，同时忽略偏心的影响，一般支撑可按拉杆考虑。结构支撑体系通过双向布置以提升结构的稳定性。必须考虑门式钢架结构的高度和荷载。对高且承受风载较大的结构，不会设置吊车装置。但是，由于柱顶高度和荷载的作用产生较大位移，如果仍采用铰接的方式，应当增大梁柱的截面面积，并增加钢的用量，或直接采用刚接方式。还应考虑建区的面积与土质。若土质较差，在巨大的偏心弯矩作用下，会增加刚接所需的占地面积。设计中，应当进行通盘解构与分析，选择出最佳的连接方案。
2.6屋面设计
轻钢结构屋面设计中两个重要的子项目为屋盖支撑和排水系统。在屋面设计中需要对水平支撑、屋面檩条、屋面拉条、檩托和隅撑结构进行合理布置，通常在钢架的第一跨和最后一跨设置柱间支撑并在相应位置的檐口部位设置水平撑杆，屋面檩条的间距一般取1.5m，檩条中应设置拉条，屋脊所在位置设置双檩条。在进行排水系统设计时，为保证屋面的排水效果，屋面多选择使用夹芯的彩钢板，同时根据排水需要设置合适的坡度以达到预设的排水效果。根据相关技术规定要求，坡度应大于5°。
2.7抗震设计
（1）结构设计时应考虑结构体系的整体稳定，厂房结构的质量分布应尽量均匀合理，防止结构受力不均匀影响到整体结构的抗震性能。
（2）门式钢架工业厂房在施工和使用过程中经常发生构件强度、稳定性不足而导致的结构破坏，因此支撑系统的合理设计，是保证结构整体抗震性能的重要因素。
（3）门式钢架工业厂房在抗震设计时需对地震影响进行综合考虑。轻钢结构的各节点在地震作用下会产生断裂，出现该问题的根源在于轻钢结构存在低周疲劳，因此在设计中需采用可靠的构造措施以保证整个结构体系在地震条件下能进入塑性工作状态，充分吸收地震产生的能量，从而实现结构整体良好的抗震性能。
（4）在门式钢架厂房的外围设置围护墙体，墙体通常由轻质砖砌筑而成，通过外部填充提高结构的整体稳定性。
结语
综上所述，门式钢架结构是工业厂房建设中的一种常见的结构形式，在设计过程中需要对安全性、稳定性和适用性进行充分考虑，并根据实际情况，合理选择其结构形式和布置方式，以提高工业厂房建筑的质量及安全耐久性。
参考文献
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[3]孙广强.门式刚架轻钢结构设计中的相关问题[J].黑龙江科学,2019,10(18):100-101.
论文作者:钱航
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/18
标签：荷载论文; 结构论文; 檩条论文; 钢架论文; 屋面论文; 厂房论文; 构件论文; 《基层建设》2019年第26期论文;