摘要：在门式刚架轻钢结构的工程建设过程中，必须要保证设计科学、结构设计合理、处理好所有的细节。因为门式刚架轻钢结构平面外具有一定的脆弱性，其施工以及安装都必须要多加小心，尤其是临时支撑系统的计算与安装都是相当关键的。
关键词：门式刚架；轻钢结构；设计
引言
门式刚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形式，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。为了达到门式刚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，实现支撑体系布置、平面布置、连接节点规制、荷载计算与组合的不断优化，为门式刚架轻钢结构设计水平现代化提供科学指导。
1轻钢门式刚架结构的组成及其布置原则
轻钢门式刚架结构由主刚架和支撑体系构成的主结构系统、屋面和墙面檩条组成的次结构系统、屋面和墙面板构成的维护结构系统，配合架构基础和楼梯、平台、栏杆等辅助结构系统组成。根据运营环节与功能需要的不同，可分为单跨式、双跨式、多跨式、带挑檐式、带毗屋式、单坡式等多种刚架结构形式。对其结构的布置必须注意以下几点：第一，刚架柱距与高度的平面布置。第二，刚架的伸缩缝布置（节点衔接布置）。第三，刚架的支撑体系布置（荷载计算与科学分配）。设计布置与具体实施应遵循整体性能与各分部刚度合理性的结合、安全支撑与功能空间的结合，才能有机地统一设计安全性和效益性。
2门式刚架轻钢结构的特征
2.1用钢量相对少，自重较轻
门式刚架轻钢结构采取围护和防水相结合的多功能墙体材料以及屋面，显著减少荷载重量。其承重构件广泛运用高强钢材，进而使结构自重显著减少。一般来说，门式刚架轻钢结构的重量不到钢筋混凝土的12%，然而其是常规钢结构重量的50%~65%。
2.2适应性相当强
门式刚架轻钢结构的柱距以及跨度设置都是非常灵活的，并不是固定不变的，而且可以随便组合多跨以及单跨，可以适用于规模、用途以及工艺不同等多元化建筑中。
2.3施工速度相当快、施工周期较短
结构件机械化生产，效率和精准度都相当高、质量较为稳定，可以在施工现场进行拼接，施工简单方便、施工周期不长。通常，10000m2左右的单层工业厂房，其施工周期只需要四个月。
3门式刚架轻型结构设计不足之处
3.1设计规范有待完善
对轻型钢结构展开设计，涉及的各类规范是较多的，目前国家以及行业对轻型钢结构提出的标准以及技术文件，在很多方面有一定的交叉性，但是在这些规范方面，并未形成一致性标准，这对轻型钢结构的实际设计，提出一定的挑战。设计人员如何对标准规范进行选择，成为一个要解决的问题。另外在轻型钢结构的实际设计中，一些大跨度的工程在工艺流程等约束下，多数会运用多屋脊结构，若是应用钢规规定，会导致出现资源浪费。
3.2设计理论有待深化
主要是结构构造理论方面，还需要进一步优化，这种轻型钢结构在国内的整体发展还是比较晚，很多方面都有所不足。针对构造措施方面的理论研究还需要进一步深入，节点的连接以及布置都需要非常扎实的理论基础。在结构算法以及软件方面，需要进一步提升计算的效率，软件的开发还需要进一步升级。
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4门式刚架轻钢结构的设计要点
4.1荷载计算
一般来说，门式刚架轻钢结构的荷载主要包括可变荷载以及永久荷载两个部分。前者，可变荷载主要包括积灰荷载以及屋面活荷载等。后者，永久荷载主要包括在结构上的非结构荷载以及结构构件的自重等。在工程建设中，许多破坏都是由于在屋顶风荷载形成的吸力而造成的局部失去稳定性受损。通常，轻型钢结构自身重量相当轻，总体性较差，对于敏感风荷载产生的作用，然而不同的构件其敏感程度也是不同的。在当前有关部门制定的规范要求中，就低层房屋围护结构的风荷载计算来讲，在高风压区域很多不科学的规定是导致钢结构事故发生的主要原因。在实际设计过程中，必须要结合在台风中轻钢结构的特性，可以在确保围护结构完整的基础上对导风巢进行科学设置。
4.2门式刚架轻钢结构的结构布置
门式刚架轻钢结构主刚架和檩条的用钢量占有重要的比例，而对主刚架和檩条用钢量产生直接影响的因素是柱网布置，通常，布置檩条时应当采用间距布置的方式，充分考虑屋面板以及建筑采光等多方面因素的影响而对实际距离进行明确，在工程建设中檩条间距尽量控制在1.5m左右。通常，檩条可以采用冷弯薄壁C型构件。并且主刚架的用钢量和中柱间距也有密切的联系。如果檐口高度在0.5~7.4m之间，要严格控制好中柱间距，这样可以显著减少成本。同时，需要结合一些围护结构的材料和具体位置，对刚架侧墙墙梁进行科学的布置。若侧墙围护面采用压型钢板材料，需要在柱的外侧布置梁，结合材料的规格大小和柱平面外的长度，将竖向间距准确地计算出来。此外，支撑布置必须要符合一些规范要求，主要体现在以下几个方面：①若门式刚架的建筑尺寸大小与温度区段的制约尺寸不相符时，必须要合理的设置伸缩缝；②若开间已经布置柱间支撑，必须要将横向支撑布置在屋盖上，这样可以形成一种几何不变体。
4.3连接节点设计
在对柱脚及梁柱采用铰接或刚接的设置选择上，往往缺乏对刚架高度、风力大小、吊车吨位、建区土质、功能要求的考虑，造成柱脚设计在多项荷载的情况下，铰约束对抗弯矩能力的不足以及用钢量的不合理增加，或在土质较差和基础面积较小的情形下进行刚性连接，导致基础难以承受较大的偏心弯矩，造成支撑体系传力路径和荷载能力不符合相关的技术要求。为保证连接节点与计算模型相符，而沿用设计计算结果，造成端板厚度小于节点，所用高强螺栓直而刚度不足的缺憾，致使柱梁半刚性或刚性连接强度缺失。
结构支撑体系通过双向布置以提升结构的稳定性。必须考虑门式刚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。对端板厚度的计算，应当严格按照不同板区的计算公式进行科学计算。之前要按照最大内力设计和验算其最大弯矩时的受力状况。在内力承受较小时，其端板连接应能够承受不小于被连接截面承载力的一半设计应力。还应同时对受拉和受剪螺栓的强度进行验算，当受拉翼缘两侧螺栓不能满足承载力要求的情形下，在翼缘内侧进行增设螺栓处理，为端板计算时得到有效承载力下的最优厚度提供精准的参数助力。
结束语
目前，我国钢结构发展速度越来越快。门式刚架轻钢结构凭借自身建筑外形美观、钢结构用量较少以及施工速度较快等多项优势，在工业厂房以及超市中广泛应用，已经成为当前我国经常应用的轻型钢结构。由于其高速发展，难免也会出现施工质量不合格的工程。比如：有些地区建筑物容易漏水，有些建筑物缺少支撑，有些建筑物缺少骨架等。因此，对于工程施工单位而言，必须要重视门式刚架轻钢结构设计与施工，只有这样才可以大大提高房屋的整体施工质量。
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论文作者:周超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/25
标签：结构论文; 荷载论文; 轻钢论文; 钢结构论文; 檩条论文; 结构设计论文; 弯矩论文; 《基层建设》2019年第29期论文;