简述门式钢架轻钢结构设计要点

简述门式钢架轻钢结构设计要点

发表时间：2018-08-06T11:23:34.927Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第8期作者：雷发进

[导读] 当前，门式刚架轻钢结构以及其自重轻，施工速度快和造价低廉诸多优点受到了广大建筑师、结构工程师的青睐，尤其在单层工业厂房方面得到了迅速推广。

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摘要：当前，门式刚架轻钢结构以及其自重轻，施工速度快和造价低廉诸多优点受到了广大建筑师、结构工程师的青睐，尤其在单层工业厂房方面得到了迅速推广，取得了优良的社会效益和经济效益。本文就门式钢架轻钢结构设计要点进行了阐述。

关键词：门式钢架；轻钢结构；设计要点

引言：轻型门式刚架结构体系是近年来发展起来的新型结构体系，目前常用Ｈ型钢截面门式刚架为主的横向承重结构和纵向由冷弯成型的檩条、墙梁、墙柱、屋面板、墙板及各支撑体系等组成的轻钢建筑物。

1、门式刚架结构设计方法

门式刚架结构设计采用极限状态设计方法，极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。承载能力极限状态设计包括结构构件的强度、整体稳定、局部稳定验算；正常使用极限状态设计包括结构及其构件的位移和刚度验算。一般设计时，首先选择截面使结构满足承载能力极限状态的要求，然后校核其是否满足正常使用极限状态。

2、结构设计及构造要求

2.1钢柱脚的保护

结构设计说明中未注明钢柱脚应采用混凝土包裹防护时，也应用混凝土保护。因柱脚与地面接触部分易与周围水汽接触，使柱脚锈蚀，将柱脚底板以上一定距离进行混凝土包脚可以有效防止柱脚锈蚀的问题，因此应按国家相关条文规定，对柱脚在地面以下部分采用强度等级较低的混凝土包裹（保护层厚度不应小于50 mm），包裹的混凝土应高出地面不小于150 mm。当柱脚底面在地面以上时，柱脚高出地面的高度不应小于100 mm。

2.2钢柱脚应设抗剪键

对于高地震烈度区（≧8度）采用外露式柱脚时，与柱间支撑连接的柱脚未按要求设计抗剪键。

按国家相关条文规定，合理采用柱脚形式，对于地震烈度为8度及以上区，柱脚不宜采用外露式，宜尽量采用埋入式或插入式柱脚，对于与柱间支撑相连的外露式柱脚，不论计算是否需要，都必须设置抗剪键，这样才能有效抵抗水平地震力作用。

2.3节点板厚度不小于16 mm

门式刚架轻钢结构中的刚架梁、柱高强度螺栓连接节点的端板厚度，不满足最小厚度16 mm 的要求。刚架梁、柱连接节点通常假定按门式刚架轻钢结构刚性连接节点设计，要保证门式刚架轻钢加亮连接节点与计算模型相符，传力可靠，除满足门式刚架轻钢结构节点计算要求外，必须严格控制门式刚架轻钢结构端板厚度不小于16mm，以保证门式刚架轻钢结构端板有足够的刚度。根据国家相关条文规定，门式刚架轻钢结构设计刚架梁、柱连接节点端板时，如根据门式刚架轻钢结构端板支撑条件计算出的端板厚度不足16mm时，应取门式刚架轻钢结构端板厚度不小于16mm。

2.4钢柱脚锚栓数量不少于4个

柱脚按固接计算时，结施图柱脚锚栓数量小于4，不满足固接要求。柱脚锚栓数量为4个时，虽经计算满足抗剪抗弯及抗拔要求，但是考虑到现场实际施工情况，无法完全做到固接要求，而且经过对地震后震害的调查统计，外露式柱脚破坏的特征是锚栓剪断、拉断或拔一般的外露式柱脚，从力学的角度看，作为半刚性考虑更加合适，出于对柱脚固接的考虑，建议锚栓数量不应小于4个。

3、门式刚架设计

3.1门式刚架受力分析

考虑到计算时假设屋面活载是满布的，如荷载取过大，则安全度较大，用钢量也增大，国家标准规定：当用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标（按水平投影面积计算）应取0.5kN/m2，包括计算屋板、檩条，但对受荷载水平投影面积大于60m2的钢屋构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可不小0.3kN/m2。荷载效应组合应符合下列原则：屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两中较大值；积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较值同时考虑；施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自以外的其他荷载同时考虑；多台吊车的组合应符合现行国家标准的规定的定；风荷载不与地震作用同时考虑。

3.2节点设计

门式刚架斜梁与柱的连接可采用端板竖放、端板平放和端板斜放三种形式。斜梁拼接时宜使端板与构件边缘垂直。端板连接应按所受最大内力设计。当内力较小时，应按能承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。主刚架构件的连接应采用高强度螺栓，吊车梁与制动梁的连接宜采用摩擦型高强度螺栓，通常选用M16～M24。吊车梁与刚架连接处宜设长圆孔。檩条与刚架斜梁以及墙梁与柱的连接常采用M12普通螺栓。端板连接的螺栓应成对地对称布置，在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均应设置，并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近。螺栓中心至翼缘板表面的距离应满足拧紧螺栓时的施工要求，不宜小于35mm。螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径。门式刚架受压翼缘的螺栓不宜少于两排。当受拉翼缘两侧各设一排螺栓尚不能满足承载力要求时，可在翼缘内侧增设螺栓，其间距可取

75mm，且不小于3倍孔径。与斜梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度。当端板上两对螺栓间的最大距离大于400mm时，应在端板的中部增设一对螺栓。同时受拉和受剪的螺栓，应验算螺栓在拉、剪共同作用下的强度。

3.3檩条、墙梁及拉条

门式刚架轻型钢结构厂房中的檩条和墙梁一般采用高效经济的实腹式带卷边C形和Z形冷弯薄壁型钢，其优点是截面回转半径和惯性矩相对较大，整体刚度较好，能够充分发挥材料的性能，但同时也存在截面抗扭刚度较小，对荷载的偏心非常敏感，在计算时要考虑可能产生的扭转变形和约束翘曲应力。在设计檩条、墙梁、拉条一类的围护构件时应注意以下几点：风荷载标准值按规程的规定计算更能符合实

际；为避免造成施工中的不便，应尽量不采用双层拉条。当檩条在风吸力组合作用下下翼缘受压时，可通过稳定计算解决；在风吸力作用下檩条的稳定性可采用《钢结构设计规范》和《冷弯薄壁型钢结构设计规范》中的公式验算。

轻型钢结构中各构件分为刚架、檩条、屋面板等若干类，分别对应不同的风荷载体型系数，可据此计算各构件的控制截面的弯矩，调整相应的风荷载系数。如在对多台风地区轻钢厂房屋面檩条设计计算方法所进行的分析中，认为轻钢厂房在台风中遭严重破坏的主要原因是设计中重结构轻围护；其次，在现行规范中，低层房屋围护结构的风荷载计算不统一，在高风压地区一些不合理的规定也是造成钢结构事故的原因。根据轻钢结构在台风中的特性，设计时，也可在破坏围护结构的非重要部位设置导风巢。

结束语

随着门式刚架钢结构厂房越来越多的应用到工业与民用建筑领域，门钢结构必将迎来发展大潮。在进行结构设计之前，应熟悉结构体系，了解结构各个构件的作用和计算方法，结构设计时应当对结构的稳定性及构造措施引起足够重视。并通过合理的结构布置和构造，在保证结构主体安全的前提下降低结构建造成本，提高材料利用率。

参考文献

[1]康蓉.门式钢架结构设计探析[J].华夏地理，2015

[2]冯浩.浅谈轻型门式钢架结构设计[J].大陆桥视野，2016

[3]任昭军.浅析门式钢架结构设计要点[J].华东科技，2015