摘要：工程实践研究表明，大跨度轻型钢结构具有一系列优势，如较短的施工周期、钢材用量较少、装拆难度较小、可以灵活布置等，因此目前在厂房、仓库等工程中得到了十分广泛的应用。在应用实践中，需要做好大跨度门式钢架轻型钢结构的设计工作，以便将大跨度门式钢架轻型钢结构的优势充分发挥出来。
关键词：大跨度；轻型钢结构；设计
1 前言
门式钢架形式自上个世纪九十年代后得到了较为广泛的运用，门式钢架通过组合不同高度和不同跨度的门式钢架单元，可以促使建筑的差异化要求得到满足。其能够高低错落布置立面，不会限制到平面布置。为了促使制作难度得到降低，可以用等截面形式来设计单个构件。要想促使用钢量得到节约，则可以用变截面形式来设计单个构件。利用轻型钢板来制作屋面和墙面，传统笨重的建筑特征得到了改善。总之，大跨度门式钢架轻型钢架结构具有一系列的优势，如较轻的自重、较少的用钢量以及较低的造价等。整体形式的现代化气息浓厚，使用要求可以充分满足。
2 门式钢架的特点
一般情况下，利用Q235B或Q345B钢材制作钢架梁柱。对于大跨度钢结构来讲，变截面梁柱的组合是采用较多的形式。相比之下，空间网架结构设计繁琐，安装往往比较复杂，施工周期长，因此大跨度门式钢架有其一定的优势。结合工程实际情况，利用高强度螺栓来拼接柱与梁、梁与梁。门式钢架投资成本比较低，安装方便从而有效地缩短工期，使项目快速投入使用，并且能很快获得经济效益。结构耐久性方面，现在对防火防腐的措施多种多样，材料也十分普遍并广泛运用，门式钢架也可以在材料方面提高自身寿命。门式钢架为了促使运输难度得到降低，分段加工梁体，然后向施工现场运输，利用高强螺栓连接各个分段即可。在工程施工中，可以有效控制梁体的截面和尺寸。
3 结构布置
目前，门式钢架出现了较多的类型，包括单跨、双跨、多跨等。如果采用双跨、多跨形式，需要铰接梁与中间柱，刚接边柱和梁，铰接基础与柱。
通常情况下，按照1/8-1/20的标准控制门式钢架轻型屋面的坡度，单跨跨度控制在12-48m之间，柱距控制在6-9m之间。伸缩缝的横向长度与纵向长度分别控制在150m以内和300m以内。要保证门式钢架房屋结构的稳定，支撑之间的距离通常取30-45m，支撑距离不应大于50m。其他情况根据是否配备吊车来具体确定。
4 案例分析
4.1 工程概述
以某工程为例，其属于某铁路货场仓库，整块场地较大，且空间利用率要求较高。空间要求跨度达46m，高度为9.4m，为6级抗震设防烈度。为了促使建筑功能需求得到满足，对混凝土结构、网架+混凝土柱结构、门式钢架结构等进行综合分析和对比。
采用混凝土结构，空间需求无法顺利满足，需要对梁柱进行增加，建筑的正常使用也会受到不利影响。且本工程实际情况的限制影响，需要在库内开叉车，过多的柱网会影响装卸安全和降低库内空间利用率。整体造价也会上升。
网架+混凝土柱形式被广泛应用于大跨度空间结构中，但是本种形式并不适用于本项目中。因为采用网架结构，要在回填土上设置左右两边的柱子，这样沉降均匀性无法保证，容易影响到网架受力，混凝土柱具有较大的竖向内力，就需要花费较大的精力来处理地基。
而门式钢架结构的应用，则可以促使建筑需求得到充分满足。且门式钢架结构具备较轻的自重，能够快速处理地基，加工、施工难度较小，经济合理性较高。因此，综合对比之后，在本工程中决定采用门式钢架结构。
4.2 结构方案布置
4.2.1 工程基本技术指标
工程基本技术指标表 表4-1
4.2.2 柱网和轴线布置
在本工程中，根据场地限制，跨度为46m，柱距考虑单个防火分区面积不超3000m2，最终柱距为7.8m。
4.2.3 主钢架形式和截面
结合工程实际情况，将铰接基础形式运用过来，以便促使对地基的要求得到降低。采取单脊双坡主钢架，按照1比10的比例控制屋面坡度，利用Q345-B作为主要材料，选用E50型焊条。一般跨度门式钢架梁截面在屋脊处梁可采用等截面梁，而大跨度门式钢架梁在屋脊位置弯矩因跨度变化较大，因按照变截面形式制作梁柱。
4.2.3 围护结构
结合工程实际情况，采用夹芯板屋面。利用冷弯薄壁C型钢制作檩条，将2道拉条设置于檩条内，将适当规格的钢管套于屋脊与檐口处的拉条外部，且对斜拉条合理设置，这样就会有几何不变体系形成，促使结构的整体性大大增强。利用页岩砖来制作围护墙地面，将3道混凝土圈梁设置于防火墙及外侧值班室的檐口处。将适当规格的拉筋设置与钢架柱与外围护墙相交处，控制拉筋之间的距离在500mm左右，以便可靠拉接墙体与柱。
4.2.4 基础布置
结合工程实际情况，将柱下独立基础形式应用过来。因为回填土是工程的主要地质类型，其具有较大的变形特点，不具备较高的承载力，需要采取科学的技术加固处理地基。采用旋喷桩加固，通过加固处理，促使地基承载力在120kPA以上。同时，门式钢架结构具有较轻的自重，可以向独立基础上有效分摊所受荷载，且借助于支撑、系杆、拉条等手段有效连接主体结构，显著提升了结构整体性。
4.3 结构计算
本工程采用中国建筑科学研究院研发的"STS"钢结构软件进行结构计算（V4.1）。
图4-1 建模构件尺寸图
图4-2 恒载图
图4-3活载图
图4-4左风荷载图
图4-5右风荷载图
图4-6应力与配筋图
计算结果显示：结构应力与配筋，结构位移和钢梁挠度都复核设计要求。整榀钢架耗Q345B钢材约11.17t。如果按照小跨度同样计算该项目，在跨中增加柱子，单跨变为两跨。
图4-7应力与配筋图
计算结果显示：结构应力与配筋，结构位移和钢梁挠度都复核设计要求。整榀钢架耗Q345B钢材约10.93t。相比单跨材料消耗，每榀仅相差0.24吨钢材，增加空间利用率的前提下，大跨度无疑是大量的节省材料。且多跨结构整体上增加了许多拼接节点，影响施工周期。
两跨相对单跨设计方案来说，钢材量并未明显占优，反而增加了地基处理和基础浇筑的工程量，也增加了节点，包括了螺栓和焊接的数量。相比之下大跨度单跨方案更优。
5 结语
综上所述，相较于其他结构形式，大跨度门式钢架结构具有一系列的优势，如较小的重量、施工便捷、加工难度较小等，因此得到了十分广泛的运用。相关人员需要结合工程实际情况，科学开展大跨度门式钢架轻型钢结构设计工作，保证结构整体性和稳定性。
参考文献：
[1]杨宏超.门式钢架轻型钢结构厂房设计的相关问题分析[J].城市建筑，2016，3（10）：123-125.
[2]王志鹤，姚守龙.门式钢架轻钢结构设计中的若干问题解析[J].绿色环保建筑，2017，8（14）：55-57.
[3]王兴维.浅谈门式钢架轻型钢结构工业厂房结构设计[J].城市建设理论研究，2016，7（14）：33-35.
论文作者:董宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
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