浅谈轻型门式刚架的结构特点及其在国内的发展

浅谈轻型门式刚架的结构特点及其在国内的发展
摘要：轻型门式刚架结构是国内外应用广泛的建筑结构体系，具有质量轻、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高、柱网布置灵活、建筑外型新颖美观等优点。

随着我国经济的快速增长, 轻型门式刚架房屋结构也得到了迅速的发展。

本文先介绍轻型门式刚架的相关的定义，再阐述其主要的结构特点，最后对轻型门式刚架在我国应用及发展进行综合分析。

关键词：门式刚架；轻型房屋；冷弯薄壁型钢；发展现状
正文：轻型门式刚架结构体系是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构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，用冷弯薄壁型钢（槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。

1.结构特点
1.1质量轻
围护结构由于采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻，因而支承它们的门式刚架也很轻。

根据国内的工程实例统计，单层门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10～30kg／m2；在相同的跨度和荷载条件情况下自重约仅为钢筋混凝土结构的1／20～1／30。

1.2工业化程度高，施工周期短
轻型门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量易于控制和保证，工地安装方便。

除基础施工外，基本没有湿作业，现场施工人员的需要量也很少。

构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，这是安装迅速的一个重要因素，但必须注意设计为刚性连接的节点，应具有足够的转动刚度。

1.3综合经济效益高
轻型门式刚架结构由于材料价格的原因其造价虽然比钢筋混凝土结构等其他结构形式略高，但由于采用了计算机辅助设计，设计周期短；构件采用先进自动化设备制造；原材料种类较少，易于采购、运输；所以，门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益高。

1.4柱网布置比较灵活
传统的结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6m，当采用12m 柱距时，需设置托架及墙架柱。

而轻型门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来
确定。

可广泛用于大中小跨度、单多层、工业民用建筑，空间布置灵活，建筑表现能力强。

1.5轻型门式刚架结构除上述特点外，还有一些特点需要了解：
（1）轻型门式刚架体系的整体性可以依靠檩条、墙梁及隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。

但是，不宜采用钢索作支撑，因钢索在拉力作用下容易松弛。

（2）组成构件的杆件较薄，对制作、涂装、运输、安装的要求高。

在门式刚架结构中，用于焊接主刚架构件腹板的钢板，其厚度不宜小于4mm，当有根据时可不小于3mm；用于檩条和墙梁的冷弯薄壁型钢，其壁厚不宜小于1．5mm。

板件的宽厚比大，使得构件在外力撞击下容易发生局部变形。

同时，锈蚀对构件截面削弱带来的后果更为严重。

（3）构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。

因此，在运输和安装过程中要采取必要的措施，防止构件发生弯曲和扭转变形。

同时，要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结构的整体工作(蒙皮效应)。

国内发展
2.1发展概况
早在20世纪60年代初，我国就对由焊接的工字形截面组成的门式刚架轻型结构进行了研究试验，主要是刚架的塑性设计，并应用于试点工程中。

但是，由于受到钢产量的制约，我国多年来一直从节约钢材和资金的角度出发，对建筑钢结构采取限制使用的政策，因此，门式刚架结构体系未能得到长足的发展。

自1978年我国实行改革开放政策以来，经济建设取得了突飞猛进的发展，我国建筑钢结构也开始了前所未有的发展，应用领域有了较大的扩展。

我国的钢结构技术政策，也逐渐从“限制使用”改为积极合理地推广应用。

此时，门式刚架轻型房屋结构在我国开始了真正的推广应用。

近十多年来特别是中国工程建设标准化协会编制的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECSl02：98) 颁布实施后，其应用得到了迅速的发展。

2.2发展规模
随着我国经济的快速增长及改革开放的深入，门式刚架轻型钢结构房屋行业也得到了飞速的发展，尤其在东南沿海地区，新建工厂仓库的需求增长促使轻型钢结构房屋加工安装的厂家如雨后春笋般发展壮大起来，从开始的小规模发展到现在的现代化大企业，杭萧钢构、浙江精工、恒达钢构、上海通用、吴泰钢构、四新钢构、宝钢彩板、北方空间钢构、北京福田钢构、北京多维钢构、协力钢构等企业都是专业门式刚架轻型钢结构厂家,每年的销售额都在几亿、十几亿
元以上。

全国从事门式刚架轻型钢结构加工制作的厂家估计有500个左右，具有一定规模的50多家。

2.3发展现状
目前，门式刚架轻型房屋在各行各业的厂房仓库、超市批发市场等商店建筑、办公及学校用房、小型体育馆训练馆健身房、展览馆展示场等各个领域都得到非常广泛的应用。

随着门式刚架轻型钢结构房屋的发展，其相应的制作安装质量也在逐步提高，建筑造型也越来越美观新颖，例如：上海通用公司的康桥和月浦工业园厂房、巴特勒承建的摩托罗拉天津工程、上海美建兴建的天津开发区造币局厂房及北京一机床新厂房、湖南六建建设的长沙博世厂房等等都是行业的精品工程。

门式刚架轻型钢结构是一项最有发展前途的结构型式和建筑制品。

根据有关资料统计，2004年门式刚架轻型房屋及彩色涂层压型钢板用钢量占钢结构建筑总用钢量35.8%，其建筑面积占钢结构建筑总面积的80%以上。

2006年轻型钢结构厂家巴特勒的销售额为17亿元，工程建筑面积380万平方米；北京北方空间销售额达12.35亿元，工程建筑面积325万平方米。

然而，国外也有大量钢结构制造商进入中国，加上国内几百家的轻钢结构专业公司和制造厂，当前的市场竞争日趋激烈。

未来展望
最新资料显示，2010年，我国的钢产量比日本、美国等排名在第2名~10名国家的总和还要多，占到了全世界钢产量的43.3%。

我国钢产量的持续增长，为我国钢结构建筑的发展奠定了坚实的基础。

与此同时，进一步扩大钢结构的使用范围，大力发展应用广泛的轻型门式刚架结构，可加快我国经济建设的发展速度，促进建筑业的现代化，并为钢材消费提供了可观的市场需求。

当前钢结构行业的发展既面临机遇，又面临严峻的挑战，面对我国经济建设的迅猛发展和巨大的钢结构市场，美国、日本、澳大利亚、英国等从事钢结构生产的公司，都加强了对我国市场的开发和占领，外国公司的到来既给我国带来了先进的技术、设备以及新的经营管理模式，也给我国的钢结构公司带来了竞争和挑战。

我们应不断提高研发能力，切实做到“技术先进、经济合理、安全适用、确保质量”这一既定目标，积极参与国内外市场竞争，努力开拓钢结构市场，在竞争中求生存谋发展。

我们坚信，我国的钢结构行业尤其是轻型门式刚架的发展前景一定是美好的。

参考文献
1中国工程建设标准化协会标准．门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102：2002)．北京：中国计划出版社，2003
2中华人民共和国国家标准.冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002).北京：中国计划出版社，2002
3中华人民共和国国家标准．钢结构设计规范(GB50017—2003)．北京：中国计划出版社，2003
4王元清，石永久，陈宏，李少甫．现代轻钢结构建筑及其在我国的应用(A);2001年全国建筑钢结构行业大会论文集[C]，2001
5沈祖炎，李国强，陈以一，等.钢结构学.北京：中国建筑工业出版社，2004
简介：杨春强（1981-），男，广西桂平人，注册建造师，学历：本科，主要研究方向：建筑钢结构。