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摘要：现代社会，在建筑结构设计过程中，轻型门式钢架结构是一种比较常见的结构形式，由于其具有很高的结构强度、机械化程度以及反复利用率，并且具备自重很轻，很低的造价、适用范围比较广以及材料使用量少等优势，所以在工厂建设中得到了广泛应用。基于此，本文首先对单层轻型门式钢架结构的特点进行简单的阐述，随后对单层轻型门式钢架结构设计中的一些关键问题进行分析，希望对相关人士有所帮助。
关键词：单层轻型门式；钢架结构设计；关键问题
一、前言
在新的时代背景下，随着科学技术的不断发展，我国工业化进程在不断加快，也越来越多的工业企业在建设厂房的时候采用单层轻型门式钢架结构。通常情况下应用与轻型厂房、仓库、体育馆等建筑中，有着非常显著的优势，因此得到了广泛应用，也受到越来越多人的关注。
二、单层轻型门式钢架结构的特点
单层轻型门式钢架结构，主要是以轻型焊接H型钢、热轧H型钢或者冷弯薄壁型钢等，构成格构式或者实腹式门式刚架作为承重骨架，以冷弯薄壁型钢作为檩条材料，以压型钢板或者压型不锈钢作为墙面与屋顶材料，以聚苯乙烯泡沫板或者硬质聚氨酯泡沫塑料、玻璃棉等作为保温隔热材料，共同构成的一种轻型房屋结构体系。这种结构体系的特点主要体现在三个方面：
1、自重轻：在该结构中，围护结构采用的是压型金属板或者玻璃棉等材料，质量较轻。一般来讲，承重结构的用钢量约为10-30kg/㎡，在同等跨度与荷载的情况下，结构自重仅仅为常规钢筋混凝土结构的1/20-1/30。由于自重轻，基础可以做的很小，也可以降低地基处理费用。
2、工期短：门式刚架结构的主要构件和配件都可以在工厂中统一制作，质量有保证，在生产完成后，可以运输到工地进行直接安装，而且构件之间的连接多是采用高强度螺栓栓接，安装方便快捷，施工周期短。
3、经济效益高：门式刚架结构一般都会利用专业的计算机软件辅助设计，设计周期短，而且原材料单一，便于进行统一的采购和管理，运输方便，对基础要求较低。因此，这种结构的施工速度快，工期短，经济效益相对较高。
三、单层轻型门式钢架结构设计中的关键问题
1、结构形式与结构布置
（1）结构形式：从目前的发展情况看，门式刚架存在有多种不同的结构形式，如单跨式、双跨式和多跨式等。同时，在该结构中，柱脚通常都会采用铰接设计，若企业有桥式吊车，也可以采用刚接设计。
（2）结构布置：在对门式刚架结构进行布置时，应该将其跨度控制在10-35m的范围内，避免跨度过大影响结构的稳定性。门式刚架之间的距离应该根据钢架的跨度以及负荷大小来确定，通常可以选择的距离包括6m、7.5m和9m三种，确保纵向温度区段不超过300m，横向温度区间不超过150m，如果存在特殊要求，可以适当对其大小进行调整。在对檩条进行布置时，应该从多个方面，对其相互之间的间距进行确定，在没有特殊要求的情况下，一般采用等间距布设，在屋脊两侧和天沟位置各布设一道。
（3）支撑与刚性系杆的布置：一是在对柱间支撑开间进行设计时，还需要做好屋盖横向支撑结构的设计，以提升结构整体的稳固性；二是若房屋高度较高，需要采用分层结构的柱间支撑体系，当高度超过50m后，需要在内部设置相应的支撑结构；三是在刚架转折位置，应该参照房屋长度，设置相应的刚性系杆，以保证结构的稳定性；四是如果檩条具备良好的刚度和受力性能，可以替代刚性系杆，如果其达不到相关标准的要求，也可以在刚架斜梁间，加装H型钢或者钢柱，提升工作强度。
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2、刚架设计
（1）荷载设计
荷载包括了永久荷载（结构自重、屋面、支撑、吊顶等）、可变荷载（屋面活荷载、结构受力、风力影响等）以及荷载组合，在对其进行设计时，应该从实际需求出发，合理确定荷载参数，切实保证结构的稳固性和安全性。
（2）刚架内力与侧移计算
首先内力计算，在门式钢架中对内力进行计算的时候，可以采用弹性分析法或者有限元法，并且与专业计算机软件相互结合；对于地震造成的外力负荷，可以采取底部剪力法进行计算机，这样在得出负荷组合的内力数据之后，就能确保截面内力大小。通常情况下，对截面内力进行控制的组合包括：最大轴压力与相对应的M及V，最小轴压力与相对应的M及V。此外在永久荷载与风荷载的共同作用下，如果柱脚铰接时M=0.
其次侧移计算，通常情况下在进行侧移计算时使用弹性分析法，并且在多次计算之后，就平均结构为标准值，如果得出的侧移刚度数据不符合标准，就需要适当的扩大截面积，将铰接柱脚改成刚接柱脚。
3、附属构件设计
（1）压型钢板
对压型钢板进行设计的时候，应该根据波高大小将波板分成高、中、低三种波板，其中波高与截面刚度、负荷能力成正比例关系。此外要根据建筑的使用功能、与其寿命等确定压型钢板的材料和规格。
（2）檩条、拉条和撑杆设计
①关于檩条，是双向受弯构建，在进行内力分析的时候，应该沿着截面两个形心主轴方向对弯矩进行计算，并且在设计的时候计算檩条的强度、整体稳定、变形，檩应为冷弯薄壁构件，受压板件或者压弯板件的宽度和厚度要比较大，在受力的时候要屈曲，在进行强度计算的时候要采用合理的宽度低原来截面减弱。其次在对强度进行计算的时候要采用净断面，将钉孔减弱，通常减弱在6-15%之间，并且对小截面窄翼缘梁的影响比较大。最后在进行檩条设计的时候，不仅是支撑屋面板或者悬挂墙面板的构件，也是进行刚架梁柱隅撑设置的支撑体，对一定数量的隅撑进行设置，这样就能够很大程度减少刚架平面之外的计算长度，进而对钢架平面之外的整体稳定性进行保障。
②对撑杆设计是非常重要的，主要对檐檩和天窗缺口地方的边檩向上胡奥这向下方向的侧向弯曲进行限制，其中撑竿长细比按照压杆要求进行设置，λ≤220。在设计中应该采用钢管、方管或者角钢制作而成，从目前的现状来看，也有使用钢管内设拉条的情况。此外还要在撑杆地方设置斜拉条。
（3）墙梁、支撑设计
其一，墙梁在自身重量、墙体材料以及水平风荷载的作用下，是双向受弯构件；其二，墙梁要尽可能的等间距进行设置，并且在墙面上下沿、窗框的上下沿位置设置一道墙梁。同时在竖向荷载作用下要想对墙梁的竖向挠度进行减少，就应该在墙梁处进行拉条设置，并且在最上层墙梁位置设置斜拉条，将拉力传送到钢架柱。其三，在进行墙梁设计的时候可以根据柱子间距的大小，将其做成能够跨越一个柱距的简支梁或者两个柱距的连续梁。其四，关于钢架斜梁处横向水平支撑的内力，应该根据纵向风荷载严格按照支撑在柱顶的水平桁架进行计算，并且计入支撑对斜梁起减少计算程度作用而承受的力，交叉支撑可以不计入到压杆受力中。
四、结束语
综上所述，目前在建筑行业中，单层轻型门式钢架结构得到了广泛应用，并且与传统建筑结构相比较，其具有很多方面的优势特点，如：自重轻、工期短以及经济效益高，因此作为设计人员要从实际的情况进行考虑，对单层轻型门式钢架结构设计进行分析，并且对一些关键性问题进行更加深入的分析，从而保证结构性能得到充分的发挥，促使建筑行业得到可持续发展。
参考文献
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[4]陈彬彬.浅谈轻型门式钢架结构的设计及应用[J].中国建筑金属结构，2016（22）：14-15
论文作者:孙美娜1,殷慧铭2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/9
标签：结构论文; 钢架论文; 荷载论文; 单层论文; 檩条论文; 型钢论文; 内力论文; 《建筑学研究前沿》2018年第5期论文;