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【摘要】近年来随着经济水平的快速发展，各生产企业规模不断扩大，大量的门式刚架轻型房屋钢结构厂房开工建设。文章基于作者参与的多项工程设计，就门式刚架轻型房屋钢结构厂房结构布置，结构设计，构造措施等方面进行分析。
【关键词】门式刚架：轻型房屋：厂房设计
高新技术开发区、经济技术开发区等园区的大量新建，为企业的发展提供了良好的机遇，门式刚架轻型房屋钢结构厂房以其受力简单、传力路径清晰、构件制作快捷、便于工厂化生产、施工周期短、施工污染环境少及可回收利用等特点，被各企业广泛采用。
1、结构形式和布置
1.1结构形式
门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖宜采用压型钢板屋面板和Z型冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架，外墙宜采用压型钢板墙面板和Z型冷弯薄壁型钢墙梁，门柱、窗柱宜采用C型冷弯薄壁型钢墙梁。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘平面外的稳定性，应由隅撑保证。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢、钢索或型钢等。门式刚架可分为单跨、双跨、多跨及带挑檐或带毗屋的刚架等形式。结合企业的生产要求及厂区的规划面积等因素，双跨或多跨刚架的形式被较多采用。根据跨度、高度和荷载不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字形截面或轧制H型钢。设有桥式吊车（起重量不大于20t，工作级别为A1～A5）时，柱宜采用等截面构件。未设置桥式吊车时，柱可采用变截面。变截面构件宜做成改变腹板高度的楔形，必要时也可改变腹板厚度。结构构件在制作单元内不宜改变翼缘截面，当必要时，仅可改变翼缘厚度；邻接的制作单元可采用不同的翼缘截面，两单元相邻截面高度宜相等。无吊车时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，宜将柱脚设计成刚接。
1.2结构布置
门式刚架的跨度，取横向刚架柱轴线间的距离：建筑高度，取室外地面至柱轴线与斜梁轴线交点的高度；檐口高度，取室外地面至房屋外侧檩条上缘的高度。门式刚架的单跨跨度宜为12m～48m。对生产无特殊要求时，跨度一般不大于24m。屋面坡度宜取1/8～1/20，在雨水较多的地区可取其中的较大值。纵向温度区段不宜大于300m，横向温度区段不宜大于150m。需要设置伸缩缝时，在搭接檩条的螺栓连接处或吊车梁与柱的连接处可采用长圆孔，對基础联系梁可设置后浇带，待主体完工后浇筑。山墙可设置由斜梁、抗风柱、墙梁及其支撑组成的山墙墙架，或采用门式刚架。
2、荷载取值和材料选用
2.1荷载取值
屋面恒载：0.476mm厚彩钢板、保温棉等取0.08KN/m2；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，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及有关规范要求，屋面活荷载取0.7KN/m2。
2.2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、檩托板采用0345A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0235B钢。
3、结构计算
门式刚架采用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所开发软件PKPM2010版STS，按弹性分析方法进行计算。
3.1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，刚架间距7.5m时可采用Z型檩条×Z220×75×20×2.0，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为模数计算确定。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。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。
3.2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。
3.3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或刚接，在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。
4、构造要求
4.1支撑
每个温度区段、结构单元或分期建设的区段、结构单元应设置独立的支撑系统，柱间支撑与屋盖横向支撑宜设置在同一开间与刚架结构共同组成独立的空间稳定体系。柱间支撑可采用圆钢交叉支撑、型钢交叉支撑、方管或圆管人字支撑。当有吊车时，吊车牛腿以下交叉支撑应选用型钢交叉支撑。当房屋高度大于柱间距2倍时，柱间支撑宜分层设置。柱间支撑的设置应根据房屋纵向柱距、受力情况和温度区段等条件确定。当无吊车时，柱间支撑间距宜取30m～45m，端部柱间支撑宜设置在房屋端部第一或第二开间。当有吊车时，吊车牛腿下部支撑宜设置在温度区段中部，当温度区段較长时，宜设置在三分点内，且支撑间距不应大于50m。牛腿上部支撑设置原则与无吊车时的柱间支撑设置相同。屋面端部横向支撑应布置在房屋端部和温度区段第一或第二开间，当布置在第二开间时应在房屋端部第一开间抗风柱顶部对应位置布置刚性系杆。屋面支撑形式可选用圆钢或钢索交叉支撑。
4.2隅撑
实腹式门式刚架的梁、柱翼缘受压时，应在受压翼缘侧布置隅撑与檩条或墙梁相连接。在檐口或中柱的两侧三个檩距范围内，每道檩条处屋面梁均应布置双侧隅撑：边柱的檐口墙檩处均应双侧设置隅撑。
4.3檩条与墙梁
檩条宜采用实腹式构件，跨度大于9m的简支檩条宜采用桁架式构件。实腹式檩条宜采用直卷边槽形或斜卷边Z形冷弯薄壁型钢，斜卷边角度宜为60°。屋面檩条与刚架斜梁宜采用普通螺栓连接，檩条每端应设两个螺栓。连续檩条的搭接长度不宜小于10%的檩条跨度。实腹式檩条跨度不宜大于12m，当檩条跨度大于4m时，宜在檩条间跨中位置设置拉条或撑杆；当檩条跨度大于6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑杆。当檩条跨度大于9m时，宜在檩条跨度四分点处各设一道拉条或撑杆。斜拉条和刚性撑杆组成的桁架结构体系应分别设在檐口和屋脊处，当构造能保证屋脊处拉条互相拉结平衡，在屋脊处可不设斜拉条和刚性撑杆。轻型墙体结构的墙梁宜采用卷边槽形或卷边Z形的冷弯薄壁型钢，兼做窗框的墙梁和门框等构件宜采用卷边槽形冷弯薄壁型，当墙梁跨度为4m～6m时，宜在跨中设一道拉条；当墙梁跨度大于6m时，宜在跨间三分点处各设一道拉条。在最上层墙梁处宜设斜拉条将拉力传至承重柱或墙架柱，当墙板的竖向荷载有可靠途径直接传至地面或托梁时，可不设传递竖向荷载的拉条。
结语：
门式刚架轻型房屋钢结构厂房的运用，实现了加工制作的工业化，减少了工程建设时间。为生产企业创造了良好的经济效益。但应注意的是：在钢构件安装前，应对房屋的定位轴线，基础轴线和标高，地脚螺栓位置进行检查，并进行基础复测和与基础施工方办理交接验收手续。对构件外形尺寸，螺栓孔位置及直径、连接件位置、焊缝、摩擦面处理、防腐涂层等进行详细检查，对构件的变形、缺陷，应在地面进行矫正、修复，合格后方可安装，在安装过程中，应根据施工现场情况，采取措施及时安装支撑，必要时锚设缆风绳充分固定，以保证结构整体稳固性：在施工过程中必须与其他专业的图纸密切配合：安装完成后.应详细检查运输、安装过程中涂层的擦伤.并补刷油漆，对所有的连接螺栓应逐一检查，以防漏拧或松动。以保证工程质量。
【关键词】门式刚架：轻型房屋：厂房设计
高新技术开发区、经济技术开发区等园区的大量新建，为企业的发展提供了良好的机遇，门式刚架轻型房屋钢结构厂房以其受力简单、传力路径清晰、构件制作快捷、便于工厂化生产、施工周期短、施工污染环境少及可回收利用等特点，被各企业广泛采用。
1、结构形式和布置
1.1结构形式
门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖宜采用压型钢板屋面板和Z型冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架，外墙宜采用压型钢板墙面板和Z型冷弯薄壁型钢墙梁，门柱、窗柱宜采用C型冷弯薄壁型钢墙梁。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘平面外的稳定性，应由隅撑保证。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢、钢索或型钢等。门式刚架可分为单跨、双跨、多跨及带挑檐或带毗屋的刚架等形式。结合企业的生产要求及厂区的规划面积等因素，双跨或多跨刚架的形式被较多采用。根据跨度、高度和荷载不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字形截面或轧制H型钢。设有桥式吊车（起重量不大于20t，工作级别为A1～A5）时，柱宜采用等截面构件。未设置桥式吊车时，柱可采用变截面。变截面构件宜做成改变腹板高度的楔形，必要时也可改变腹板厚度。结构构件在制作单元内不宜改变翼缘截面，当必要时，仅可改变翼缘厚度；邻接的制作单元可采用不同的翼缘截面，两单元相邻截面高度宜相等。无吊车时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，宜将柱脚设计成刚接。
1.2结构布置
门式刚架的跨度，取横向刚架柱轴线间的距离：建筑高度，取室外地面至柱轴线与斜梁轴线交点的高度；檐口高度，取室外地面至房屋外侧檩条上缘的高度。门式刚架的单跨跨度宜为12m～48m。对生产无特殊要求时，跨度一般不大于24m。屋面坡度宜取1/8～1/20，在雨水较多的地区可取其中的较大值。纵向温度区段不宜大于300m，横向温度区段不宜大于150m。需要设置伸缩缝时，在搭接檩条的螺栓连接处或吊车梁与柱的连接处可采用长圆孔，對基础联系梁可设置后浇带，待主体完工后浇筑。山墙可设置由斜梁、抗风柱、墙梁及其支撑组成的山墙墙架，或采用门式刚架。
2、荷载取值和材料选用
2.1荷载取值
屋面恒载：0.476mm厚彩钢板、保温棉等取0.08KN/m2；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，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及有关规范要求，屋面活荷载取0.7KN/m2。
2.2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、檩托板采用0345A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0235B钢。
3、结构计算
门式刚架采用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所开发软件PKPM2010版STS，按弹性分析方法进行计算。
3.1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，刚架间距7.5m时可采用Z型檩条×Z220×75×20×2.0，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为模数计算确定。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。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。
3.2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。
3.3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或刚接，在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。
4、构造要求
4.1支撑
每个温度区段、结构单元或分期建设的区段、结构单元应设置独立的支撑系统，柱间支撑与屋盖横向支撑宜设置在同一开间与刚架结构共同组成独立的空间稳定体系。柱间支撑可采用圆钢交叉支撑、型钢交叉支撑、方管或圆管人字支撑。当有吊车时，吊车牛腿以下交叉支撑应选用型钢交叉支撑。当房屋高度大于柱间距2倍时，柱间支撑宜分层设置。柱间支撑的设置应根据房屋纵向柱距、受力情况和温度区段等条件确定。当无吊车时，柱间支撑间距宜取30m～45m，端部柱间支撑宜设置在房屋端部第一或第二开间。当有吊车时，吊车牛腿下部支撑宜设置在温度区段中部，当温度区段較长时，宜设置在三分点内，且支撑间距不应大于50m。牛腿上部支撑设置原则与无吊车时的柱间支撑设置相同。屋面端部横向支撑应布置在房屋端部和温度区段第一或第二开间，当布置在第二开间时应在房屋端部第一开间抗风柱顶部对应位置布置刚性系杆。屋面支撑形式可选用圆钢或钢索交叉支撑。
4.2隅撑
实腹式门式刚架的梁、柱翼缘受压时，应在受压翼缘侧布置隅撑与檩条或墙梁相连接。在檐口或中柱的两侧三个檩距范围内，每道檩条处屋面梁均应布置双侧隅撑：边柱的檐口墙檩处均应双侧设置隅撑。
4.3檩条与墙梁
檩条宜采用实腹式构件，跨度大于9m的简支檩条宜采用桁架式构件。实腹式檩条宜采用直卷边槽形或斜卷边Z形冷弯薄壁型钢，斜卷边角度宜为60°。屋面檩条与刚架斜梁宜采用普通螺栓连接，檩条每端应设两个螺栓。连续檩条的搭接长度不宜小于10%的檩条跨度。实腹式檩条跨度不宜大于12m，当檩条跨度大于4m时，宜在檩条间跨中位置设置拉条或撑杆；当檩条跨度大于6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑杆。当檩条跨度大于9m时，宜在檩条跨度四分点处各设一道拉条或撑杆。斜拉条和刚性撑杆组成的桁架结构体系应分别设在檐口和屋脊处，当构造能保证屋脊处拉条互相拉结平衡，在屋脊处可不设斜拉条和刚性撑杆。轻型墙体结构的墙梁宜采用卷边槽形或卷边Z形的冷弯薄壁型钢，兼做窗框的墙梁和门框等构件宜采用卷边槽形冷弯薄壁型，当墙梁跨度为4m～6m时，宜在跨中设一道拉条；当墙梁跨度大于6m时，宜在跨间三分点处各设一道拉条。在最上层墙梁处宜设斜拉条将拉力传至承重柱或墙架柱，当墙板的竖向荷载有可靠途径直接传至地面或托梁时，可不设传递竖向荷载的拉条。
结语：
门式刚架轻型房屋钢结构厂房的运用，实现了加工制作的工业化，减少了工程建设时间。为生产企业创造了良好的经济效益。但应注意的是：在钢构件安装前，应对房屋的定位轴线，基础轴线和标高，地脚螺栓位置进行检查，并进行基础复测和与基础施工方办理交接验收手续。对构件外形尺寸，螺栓孔位置及直径、连接件位置、焊缝、摩擦面处理、防腐涂层等进行详细检查，对构件的变形、缺陷，应在地面进行矫正、修复，合格后方可安装，在安装过程中，应根据施工现场情况，采取措施及时安装支撑，必要时锚设缆风绳充分固定，以保证结构整体稳固性：在施工过程中必须与其他专业的图纸密切配合：安装完成后.应详细检查运输、安装过程中涂层的擦伤.并补刷油漆，对所有的连接螺栓应逐一检查，以防漏拧或松动。以保证工程质量。