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摘要：在新的时代背景下，随着社会的不断发展，生产水平有了很大提高，我国钢产量也在不断增加，品种也越来越丰富，同时因为彩色压型钢板的迅速发展，这样就促使门式刚架轻型房屋钢结构房屋有了很大发展，并且门式刚架轻型房屋钢结构具备很大的跨度和空间，强度高，钢用量少，造价成本低等优势，所以在工业厂房、仓库等工业建筑中得到了非常广泛的应用。基于此，本文主要分析了门式刚架轻型房屋钢结构在工业建筑中的应用特点与设计方法进行。
关键词：门式刚架轻型；钢结构；工业建筑；应用特点；设计方法
一、前言
在工业厂房中，门式刚架轻型房屋钢结构是一种常见的结构形式，特别是近些年来，随着我国经济的快速发展，因为该结构具备强度大、钢用量少、重量轻以及造价成本低等特点，所以得到了广泛应用。同时在应用该结构的时候，要采取行之有效的方法进行设计，进而全面推动建筑行业的可持续发展。
二、门式刚架轻型房屋钢结构概念
门式刚架轻型房屋钢结构是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H 型钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等组成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，其檩条、墙梁可选取冷弯薄壁型钢；屋面、墙面可选取压型金属板；保温隔热材料可选取聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酸泡沫塑料、岩棉等，并进行支撑设置的一种轻型房屋结构体系。
在现阶段，一般选取焊接H形变截面构件作为门式刚架梁与柱，单跨刚架梁柱节点选取刚接的方式，刚接与铰接结合的方式应用于多跨刚架梁柱节点，柱脚则根据厂房荷载的等级选择刚接或者铰接的形式。
三、门式刚架轻型房屋钢结构在工业建筑中的应用特点
（1）采用轻型屋面，大大减轻了屋面重量，从而减小刚架截面尺寸和基础大小。
（2）刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比。变截面时可根据需要改变腹板高度和厚度及翼缘宽度，做到材尽其用。
（3）刚架的腹板可按有效宽度来设计，即允许部分腹板失稳，利用其屈曲后强度，这样一来腹板高厚比可超过普钢结构高厚比，从而减小腹板厚度。
（4）门式刚架体系的整体性可依靠檩条、墙梁及隅撑来保证，从而减少屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。
（5）控制荷载通常是竖向荷载，但当房屋较高或风荷载较大时，风荷载的作用不容忽视。同时由于结构自身轻，地震往往不起控制作用，震害较轻。
（6）门式刚架结构受力小、跨度大，其构件截面比普钢结构更小，结构的刚度、变形及平面外稳定性常成为控制性的因素。
（7）结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。构件单元可根据运输条件划分，在现场用螺栓连接，安装方便快捷，土建施工量小。
（8）易于回收，易于拆迁，临时建筑也可以采用。
四、工业建筑中门式刚架轻型房屋钢结构设计的方法和要点分析
1、构件设计
（1）墙梁设计
通常选取卷边槽形、Z形冷弯薄壁型钢作为轻型墙体结构墙梁。可选取简支、连续构件的方式设计墙梁，并在刚架柱上支承端。如墙梁具备相应竖向承载力及墙板落地或紧密连接墙板时，无需进行中间柱设置，并要对其自重产生的弯矩、剪力等进行充分考虑。如墙板与墙梁自身重量需墙梁承受，则需对双向弯曲工况加以考虑。当墙梁跨度为4～6m，可将拉条设置于跨中位置；如跨度在6m 以上，需将拉条分别设置于跨间三分点位置。通常将斜拉条设置于最上层墙梁位置，以此向承重柱、墙架柱等位置传递拉力。
（2）支撑体系设计
轻钢结构工业建筑的钢排架侧向刚度相对较弱，为了抵抗水平风荷载、吊车刹车荷载和地震作用，应在设置柱间支撑的开间同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系，柱间支撑最好设置在温度区段端部的第一个开间内。柱间支撑的间距应根据建筑的柱距、吊车情况和安装条件确定，一般无吊车的工业建筑柱间支撑间距不宜超过45m，有吊车的工业建筑柱间支撑间距不宜超过60m。
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（3）屋面板与墙板设计
压型钢板为门式刚架屋面、墙面最常用的材料，选取预涂层彩色钢板进行压型钢板的制作，其厚度为0.4~1mm。
2、结构形式及布置
门式刚架轻型房屋钢结构设计时，外墙通常采用冷弯薄壁型钢墙梁和压型钢板墙面板，主刚架可采用变截面实腹刚架，屋盖通常采用冷弯薄壁型钢檩条和压型钢板屋面板。根据跨度、高度和荷载的不同，采用等截面实腹焊接工字形等截面或变截面钢柱。在门式刚架厂房中，有单梁式吊车的，柱一般采用等截面构件，有桥式吊车的，柱一般采用变截面构件。无吊车的门式刚架厂房中，柱脚的设计一般按铰接设计，设置吊车的，柱脚的设计一般按刚接设计。柱脚若采用刚接，则会因为柱底弯矩过大而出现的基础过大，从而引起的基础混凝土方面造价增大，若柱脚采用铰接可以避免这个问题，而且铰接方式更方便制作，所以柱脚的设计原则为能铰不刚。但对于有重吊车厂房，为了使吊车平稳运行应采用刚接方式。工业厂房中屋面通常使用压型钢板夹岩棉保温板，对于有隔热要求的屋面，使用隔热卷材来做保温层达到隔热的效果。
3、荷载取值和材料选用
（1）荷载取值
屋面恒载：无论何种彩钢板加保温，一般采用0.2KN/m2就可以满足计算要求；檩条取0.05KN/m2；支撑取0.02KN/m2；钢屋架自重由程序自动计算。屋面活荷载：根据建筑结构荷载规范（GB50009-2012）不上人屋面活荷载为0.5KN/m2，单屋面投影面积大于60m2的可取0.3KN/m2。
但是鉴于08年南方部分地区遭遇罕见雨雪冰冻灾害，造成大面积轻型钢结构厂房倒塌，个别省份也明文要求屋面活荷载取0.7KN/m2，例如湖南省。
（2）材料选用
主钢构（刚架柱和刚架梁）及其节点板、加劲板、连接板采用Q345A钢，需注意的是吊车梁应该采用Q345B钢；次钢构（屋面檩条和墙梁）及其节点板、加劲板采用Q235B钢；所有型钢构件（圆管、方管、角钢、圆钢等）及其节点板、加劲板采Q235B钢。
4、结构计算
（1）构件壁厚和板件宽厚比
用于檩条和墙梁的冷弯薄壁型钢.壁厚不宜小于1.5mm，檩条间距宜为1.5m。用于焊接主刚架构件腹板和翼缘板的钢板，厚度不宜小于4mm，根据柱跨以2mm为模数增加，最终由计算确定。工字形截面构件受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比，不应大于15：工字形截面梁、柱构件腹板的计算高度hw与其厚度tW之比，不应大于250。
例如，建筑高度为12m，刚架柱跨为24m，带10吨桥式吊车，刚架间距为7.5m的门式刚架，刚架柱可采用工字形截面H750×300×10×12，刚架梁可采用楔形截面H（750～550）×300×8×12按两等分。
（2）构件长细比
受压构件的长细比限值，主要构件[λ]=180，其他构件及支撑[λ]=220。受拉构件的长细比限值，桁架杆件[λ]=350，吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑[λ]=300，除张紧的圆钢或钢索支撑除外的其他支撑[λ]=400。
（3）构件连接
主刚架梁柱钢构件采用性能等级为10.9级摩擦型高强螺栓连接，螺栓与其连接接触面采用喷砂后表面生赤锈处理方式，禁止上漆，性能标准按钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副（GB/T3632-2008）执行。抗风柱下端与基础的连接可按铰接设计，当屋面材料能够适应较大变形，抗风柱跨度较大时，抗风柱柱顶与刚架梁可采用固定连接。刚架的柱脚宜按铰接支承设计，当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，应将柱脚设计成刚接。
五、结束语
综上所述，在门式刚架轻型房屋钢结构的设计中，设计人员不仅要掌握专业理论知识，还要深入了解相关规范对其进行科学合理地设计，只有这样才能确保门式刚架轻型房屋钢结构得到更好更快的发展。
参考文献
[1]霍静思，胡聪伶，杜运兴等.某门式刚架轻钢结构厂房倒塌事故调查与分析[J].自然灾害学报，2016（05）：146-150.
[2]谈云翔.门式刚架轻型房屋钢结构基础设计与技术应用[J].科技与企业，2016（11）：162-163.
论文作者:葛健
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/28
标签：截面论文; 荷载论文; 构件论文; 吊车论文; 型钢论文; 钢结构论文; 屋面论文; 《建筑学研究前沿》2018年第3期论文;