门式钢架轻型钢结构房屋优化设计

摘要：门式钢架是典型的轻型 钢结构，它具有节省 材料、 施工周期短等优点，因而也是目前国内应用最广泛的轻型 钢结构。门式钢架的 设计与 施工与普通钢结构相比既有一致性，门式钢架的特点主要在于其节点方面，本文总结了门式钢架 设计中一些设计要点，提出来供广大设计人员参考。

关键词：轻型钢结构 门式钢架 设计要点

引 言

随着社会的发展，生产力水平的提高，我国钢产量的不断提高、品种不断丰富。彩色压型钢板生产的迅速发展，为轻型钢结构房屋的发展奠定了良好的物质基础。轻型钢结构房屋具有跨度大、空间大、用钢量少、造价低廉、施工方便易安装、施工周期短、施工污染环境少、建筑造型简洁美观、以及可回收利用等优点，在工业厂房、仓库、展览厅等工业与民用建筑中得到越来越多的应用和发展。

一、门式钢架结构的形式及特点

钢架结构是梁、柱单元构件的组合体，是柱与直线型、弧线型、折线型横梁钢性连接的承重骨架体系。其形式种类繁多，在单层厂房及仓库中，应用较多的为单层单跨，双跨或多跨的双坡门式钢架，它可根据通风、采光的需要设置天窗、通风屋脊和采光带等。门式钢架的整个构件横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，从而降低房屋的高度，减小建筑体积，在建筑造型上也较简洁美观，其次，钢架构件的刚度较好，其平面内、外的刚度差别较小，为制作、运输、安装提供有利的条件。

（一）门式钢架的结构形式

门式钢架的结构形式多种多样。按构件体系分，有实腹式与格构式；按横截面组成分，有等截面与变截面。实腹式钢架的横截面一般为H型，少数为Z型；格构式的横截面为矩形或三角形；按结构选材分，有普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊成。

（二）门式钢架结构的特点

与传统的单层厂房相比，这种结构的特点有:

1.便于拆迁，可用于临时建筑，这是其突出的特征。

2.屋面板采用压型钢板轻型屋面、由于屋面轻了，支承它的结构也很轻。至于外墙，用砖墙对隔热和降低造价有利，但对结构的侧移要求较严，外观也较差，因此还是用钢墙板者居多。

3.钢架可采用变截面，截面与弯矩成正比。除腹板高度变化外，厚度也可根据需要变化，上下翼缘可用不同截面，相邻单元的翼缘也可采用不同截面，充分做到材尽其用。

4.钢架的腹板可按有效宽度设计，允许失稳并可利用屈曲后强度。这样，腹板的高厚比可做得比按现行《钢结构设一计规范》规定的大，宜即腹板厚度可比一般钢构件薄。

5.竖向荷载通常是设计的控制荷载，但当风载较大或房屋较高时，风荷载是控制荷载。因结构自重很轻，地震作用不起控制作用，一般不需考虑抗震（少数情况除外），结构设计大为简便。

6.支撑可做得很轻便。由于构件轻，支撑用张紧的圆钢即可满足要求，因刚腹板允许失稳，可将支撑直接连在腹板上，省去很多节点板。

7.钢架的侧间刚度用隅撑来保证。这不仅省去了很多纵向刚性构件（隅撑用料很少），而且由于隅撑间距较小，钢架构件的翼缘宽度可显著减小。

8.结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。结构单元可根据运输条件划分。单元之间在现场用螺栓相连，安装方便快速。基础简单，土建施工量小。

二、门式轻型房屋钢结构设计要点

（一）屋面活荷载取值框架荷载取0.3kN/m2已经沿用多年，不打算修改。但屋面结构，包括屋面板和檩条，其活荷载要提高到0.5kN/m2。《钢结构设计规范》征求意见稿规定，不上人屋面的活荷载为0.5kN/m2 ，但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6。门式钢架一般符合此条件，所以可用0.3kN/m2，与钢结构设计规范保持一致。国外这类，要考虑0.15-0.5kN/m2 的附加荷载，而我们无此规定，遇到超载情况，就要出安全问题。设计时可适当提高至0.5kN/m2 。现在有的框架梁太细，檩条太小，明显有人为减少荷载情况，应特别注意，决不允许在有限的活荷载中“偷工减料”。

（二）屋脊垂度要控制

框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为1/180，除验算坡面斜梁挠度外，是否要验算跨中下垂度？过去不明确，可能不包括屋脊点垂度。现在应该是计算的。一般是将构件分段，用等截面程序计算，每段都要计算水平和竖向位移，不能大于允许值，等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度，刚度太小竖向变形就大。

（三）钢柱换砼柱

少数单位设计的门式钢架，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连，形成刚接，目的是想节省 钢材和降低造价。在厂房中，的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能铰接，不能刚接。多高层建筑中，钢梁与墙的连接也是如此。

（四）檩条计算不安全

檩条计算问题较大。檩要是冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱，不能象热轧型钢那样全截面有效。有效宽度理论是在《冷弯薄壁型钢构件技术规程》中讲的，有的设计人员恐怕还不了解，甚至有些设计软件也未考虑。但是，设计光靠软件不行，还要能判断。软件未考虑的，自己要考虑，否则就不需要工程师了。

三、结束语

随着门式钢结构在工业与民用建筑中的广泛应用，提高 钢结构工程设计水平显得日益重要。对越来越多从事轻型房屋钢结构上程设计工作的从业人员，除要求掌握专业理论知识外，还必须了解轻型房屋 钢结构工程的制作安装工艺、现场环境和相关情况，更深入地理解和掌握规范，只有通过精心和合理的设计，才能使轻型房屋钢结构得到更大的发展。