杨飞
上海市政工程设计有限公司 上海 200092
摘要：门式刚架轻型钢结构是根据构件受力大小而采用的变截面的工字形梁、柱组合成刚架在平面内受力，刚架在平面外以支撑、檩条和墙檩等相连接受力的结构系统。因其能够有效利用材料，构件尺寸小，重量轻，工艺化程度高，可以在工厂批量生产而保证质量，工地采用高强螺栓连接而简便迅速，土建施工量小，施工周期短，施工质量易于控制，自从GB51022－2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（以下简称《门钢规范》）1998颁布以后，该结构形式被广泛应用在一般工业与民用建筑中，如各行各业中各种类型的厂房、仓库、超市、批发市场、商店建筑、小型体育馆、训练馆、健身房、体育建筑、展览馆、展示馆等文化建筑。
关键词：门式刚架；轻型房屋；钢结构
1门式刚架轻型钢结构房屋的应用与发展
门式刚架轻型钢结构房屋的应用得追溯到上个世纪前期。最开始是由于国外汽车行业的发展，用来建造车库；而在第二次世界大战时期，用于供战争使用的营房和库房等便捷建筑。而到上个世纪中期，战争结束后，各国特别是美国和欧洲，终于回到了经济发展和提高人民生活水平的道路上来。全球资本用于技术创新、经济发展。这时建筑钢材产量骤增，H型钢、冷弯型钢等新建筑材料问世。从生产加工，到运输安装等方面的技术同时也得到提高，钢结构设计形式也多样化。门式刚架轻型钢结构房屋的使用，全面拓展开来，应用于轻型工业生产厂房，仓库、超市、车库、商场、事务所、展厅等工业及公共建筑。
在国外，门式刚架轻型钢结构房屋起初兴起在美国。二战前有英国，美国，法国，德国，日本等富有国家，可二战后的美国，可以说是世界上最富有的国家。其他的国家，比如欧洲各国，基本都欠着美国的外债，更别说亚洲非洲等国家，经济就更差了。技术的创新，在滚滚历史长河中，表现出的是不确定性。在技术创新上，即使投入大量的人力、物力、时间，也不一定在某个时段就一定能发生技术创新。技术创新最根本的产生条件，是制度，比如知识产权保护等。美国无疑是世界上创新能力最强的国家。在这一时期，全世界都在加紧恢复及发展工业，而新材料出现的同时，设计理论，计算方法，程序模拟，电脑做图，工厂定制加工，大型安装运输设备发明，使得门式刚架轻型钢结构房屋得到了迅猛的发展。从设计到安装完成，整个工期较以前的老式建筑大大缩短许多，整个建筑的经济成本也下降了不少。随着全球的经济的发展，国际贸易的开展，技术的引进和扩散，门式刚架轻型钢结构房屋已在美、英、日等国家作为一种方便、快捷、经济的普遍结构形式，甚至在一些国家已制作成一套普通的商品在人们日常生活中进行买卖。可以说，门式刚架轻型钢结构房屋在日常生活中都随处可见。
在我国，门式刚架轻型钢结构房屋使用及研究比较晚。二战后的中国，国力消耗太多，没有过多的物力投入新材料的研究，连钢材产量都很低，所以上个世纪五六十年代，绝大多数厂房都是以钢筋混凝土排架结构形式出现，门式刚架轻型钢结构房屋应用很少。也有个别的标志性建筑，如北京体育馆采用三铰拱屋架，格构式刚架，柱顶铰接的门式刚架。这与我们现在的门式刚架形式有很大不同。没有经济的增长，就更没有资本投入创新，便没有新材料，新结构形式的出现。好在到了上个世纪八十年代，我们实行改革开放的政策，国际贸易开展起来，引进大量外资的同时，技术扩散得也很快。门式刚架轻型钢结构房屋在这段时期也迅速发展起来，特别是在厂房应用上。目前，门式刚架轻型钢结构房屋不仅只应用于轻型工业生产厂房，还更广泛应用于仓库、超市、车库、商场、事务所、展厅等公共建筑，以及根据商家要求完成个性化制作。
门式刚架轻型钢结构房屋与普通钢结构相比，其自重较轻。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为相对普通钢结构而言，无论是墙面还是屋面的围护结构，大多数情况下都采用的是冷弯薄壁型钢，自重很轻，且围护结构刚度大，再与主刚架通过檩条连接，可以形成良好的蒙皮效应，大大增加整个门式刚架的空间受力性能。经过2008年汶川地震，灾后统计分析表明，个别钢结构建筑，只有局部构件屈曲、断裂，整体结构完好，只需修复加固，不影响正常使用，更别说倒塌。而2008年中国建筑科学院做了个1：3的门式刚架结构模型，在9度罕遇地震作用下，只出现下翼缘局部屈曲，这更能说明门式刚架轻型钢结构房屋的抗震性能确实很好。
2门式刚架轻型房屋钢结构的优化设计
门式刚架轻型房屋钢结构的优化设计过程中，要注重方法的科学运用。现对钢结构的优化设计提出了几点措施。
第一，注重门式刚架轻型房屋钢结构的选型。为保障门式刚架轻型房屋钢结构设计的质量提高，设计人员要结合实际的需要，在结构的选型环节要加强重视。整体结构体系的选型中，单层房屋钢结构主要是选择框排架结构体系，这一结构是通过多榀并排平面主刚架在某些纵向构件连接形成的空间结构体系。在对这一结构的应用下，常常会按照平面的刚架结构来进行设计，对整体空间作用不会特别重视。而在对主刚架的选型方面，为了减少用钢量，根据内力分布，采用变截面的H型钢梁、柱，屋面采用结构找坡，坡度通常为5%~10%。在对屋盖的选型方面，普通的是通过屋面板形式。墙架结构选型有端墙墙架以及纵墙墙架，主要的作用就是支撑墙面围护材料，承载风荷载。在墙架的刚度不够的时候，檩条间可增设拉条。
第二，加强钢结构的构件设计优化。门式刚架轻型房屋结构设计中，在结构构件的优化方面要充分重视，在给定的结构类型以及材料和布局等基础下，对各个组成的构件截面尺寸实施优化，从而保障钢结构的轻质以及经济化。在对构件的截面实施优化的时候，主要有两种方法，一是通过最优理论加以应用，二是采用穷举法加以应用，这两种方法都能起到构件优化设计的作用。在最优化理论的应用中，主要是将问题归结成单目标规划问题，目标函数是通过钢量最少以及造价最低作为约束条件的，然后采用数学规划的理论获得最优的结果。门式刚架是通过变化构件截面适应弯矩变化达到节约钢材的目的，在相邻单元翼缘也能使用不同截面。
第三，多构件结构的优化设计方法。在从经济的角度进行考虑下，对压型钢板以及檩条和吊车梁等结构构件进行优化，吊车梁使用轻型钢结构，进行简化计算的方法，在经过反复试算后列出最优的截面，从而达到钢材节约的效果。门式刚架的机构设计优化方面，对计算软件中截面优化设计以及反复试算的应用，选择最优的截面。
第四，充分重视空间作用的优化设计。门式刚架轻型房屋钢结构的优化设计中，在空间的优化层面要加强重视，功能是对建筑空间起到关键作用的，具体的设计过程中，就要将房屋的功能和施工工艺要求进行充分的了解，在空间上不能浪费，对钢结构的分析意见以及投资影响比较大的限制条件，要回馈给工艺设计人员以及建筑方。在吊车吨位方面是对功能特定要求有着紧密联系的，吊车的重量要遵循实际的要求进行选择，尽量选择自重轻的吊车，门式刚架轻型房屋钢结构的设计中对模数、柱距对用钢量的指标有着影响，在设计的时候就要从这些层面加以重视，保障柱距的合理性。
3结语
门式刚架的设计一定要理解规范、吃透规范、只有这样，才能做到安全、使用、经济，保证质量。
参考文献：
[1]袁志昊.对门式刚架轻型房屋钢结构规程的理解[J].山西建筑，2014，40（35）：56-57.
[2]曹凤兰，李华.门式刚架轻型房屋钢结构设计[J].有色金属设计，2014，41（03）：57-59.
[3]陈威.论门式刚架轻型房屋钢结构设计[J].广东科技，2011，20（14）：156-157.
论文作者:杨飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/30
标签：钢结构论文; 房屋论文; 结构论文; 构件论文; 截面论文; 建筑论文; 上个世纪论文; 《防护工程》2018年第8期论文;