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摘要：门式钢架轻钢结构是以门形钢架为结构受力载体,围护结构为薄壁C型或Z型钢檩条和彩色压型钢板的体系。本文通过对门式钢架轻钢结构厂房的工程实践,对该种结构的特征及设计进行了讨论。
关键词：门式钢架；设计
Abstract: The type frame light steel is take door-shaped steel frame structure by the force vector, building envelope systems for thin-walled type C or Z purlin steel and colored steel sheeting. This paper discussed the characteristics of the structure and design through door-type steel frame of light steel structure engineering practice.Key words: portal steel frame; design;
中圖分类号：TU39文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
前言：轻型门式钢架结构作为一种新型的建筑结构模式门式钢架轻钢结构，由于具有用钢量少、自重轻、成本低、施工快、周期短、能够循环利用等优点，这些年以来在国内发展迅速。
1.柱设计1.1柱网布置的确定
轻钢厂房结构设计中首先要解决的问题是如何配合工艺要求进行柱网的平面布置。在尽可能满足生产工艺和使用功能上，应根据房屋的高度确定合理的跨度。随着柱距增大，其它各部分结构的用钢量均随柱距的增加而增加，特别是吊车梁，由于柱距较大，须采用格构形式，其用钢量所占比例较大，并最终超过了钢架的用钢量。其次是檩条，由于长细比的要求，用钢量增加也较快。在门式钢架中,主钢架和檩条的用钢量占很大比例,在相同的荷载条件下,柱网部署对主钢架和檩条的用钢量影响很大。所以,必要在工艺技术达标的情况下选择经济用钢量的柱距和跨度。对门式钢架轻型钢结构而言，钢架用钢量是最主要的，当钢架跨度较小时，钢架用钢量甚至占总用钢量的50％以上，而其它各单用钢量，特别是墙架梁、柱间支撑、屋面支撑，其用钢量所占比例较小，因此，在设计门式钢架时应精确设计，合理使用。
1.2轻钢结构门式钢架采用铰接还是钢接《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102：2002）第4.1.4条规定：“门式钢架的柱脚形成多按铰接支撑设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成钢接”。柱脚形式采用铰接还是钢接，除由吊车决定外，还要看房屋的高度和风荷载的大小，如果房屋的高度较高，而且风荷载较大，即使无吊车，如柱脚采用铰接，柱顶位移大，为控制柱顶位移，必然加大柱截面，增加用钢量。另外，柱脚形成的选择还要考虑土质情况及基础造价。当采用钢接柱脚，由于基础要承受较大的偏心弯矩，基础的平面尺寸均较铰接柱脚基础要大，土质情况差时差别就更大。因此，选用何种柱脚形式要根据房屋的高度，风载的大小，有无吊车，吊车吨位及土质情况等因素综合确定。
1.3关于摇摆柱设置问题
用于无桥式吊车的房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则”，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。摇摆柱有很多优点，但是也有一些弱点，就是它上下端铰接，不能提供侧向刚度，相反，它还要刚架柱提供侧向刚度才能发挥作用。因此，采用摇摆柱时，刚架柱的计算长度要增大。这在规程中有规定，摇摆柱的设置一定要使结构能满足侧向刚度要求，要有计算依据，根据设计经验，在多跨刚架中，摇摆柱不宜连续超过三根，另外，摇摆柱不宜用于支承托梁，托梁承受有竖向载较大。
2.梁设计
2.1梁截面设计
门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20~1/8。一般来说, 变截面门式钢架斜梁均采用工字钢, 其翼缘宽度和厚度不变, 仅仅通过改变腹板高度来改变斜梁截面, 从而改变斜梁的截面惯性矩。由于惯性矩较大的截面可以承担较大的弯矩, 因此, 通过计算, 选择合理的截面突变位置, 能够使斜梁上的弯矩实现合理分配。
2.2钢梁与混凝土柱的连接
有的设计人员希望将钢梁与混凝土柱刚接，以进一步节省钢材，钢梁与砼的连接，宜作成铰接．因为砼是脆性材料，一般不易做到理想的刚接，一旦连接松动，将使钢梁受到比设计内力大得多的弯矩，就能出现安全问题。此外，要强调进行整体分析，才能保证结构安全，因为斜粱是有坡度力的。3.围护结构设计 3.1檩条设计
檩条一般选用薄壁宽肢的C型、Z型。檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。侧墙墙梁的布置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设置和围护材料的要求确定。檩条与墙梁的间距，一般决定于压型板的板型和规格，并须经过力学计算后确定。但从构造要求的角度上看，一般不超过1.5米。檩条是冷弯薄壁构件，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。《规范》4.1.8、9条规定：“结构构件的受拉强度应按净截面计算；受压强度应按有效截面计算；稳定性应按有效截面计算。变形和各种稳定系数均可按毛截面计算”。 3.2拉条的设置 檩条的拉条设置与是否主要和檩条的侧向刚度有关，对于侧向刚度较大的轻型H型钢和空间桁架式檩条一般可不设拉条。对于侧向刚度较差的实腹时和平面桁架式檩条，为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，保证整体稳定性，一般需在檩条间设置拉条，作为侧向支撑点。当檩条跨度≤4m时，可按计算要求确定是否需要设置拉条；当屋面坡度i＞1/10，檩条跨度＞4时，宜在檩条的跨中位置设置一道拉条；当跨度＞6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑杆，在檐口处还应设置斜拉条和撑杆。拉条的直径为8～12mm，根据荷载和檩距大小选用。 3.3撑杆的设置：檩条撑杆的作用主要是限制檐檩和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑杆的长细比按压杆要求λ≤220，可采用钢管、方管或角钢做成。目前也有采用钢管内设拉条的做法。撑杆处应同时设置斜拉条。 4.如何确定屋面支撑与柱间支撑的大小
4.1屋面支撑
水平支撑形成局部刚域，抵抗在柱间和屋面梁间传递的水平力作用。水平支撑设置的最佳位置应考虑在每个温度单元居中设置，并要求屋面梁间和柱间水平支撑须设在同一开间，以构成几何不变体系。屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计，可采用单角钢，非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且风压较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时，可假定在水平荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。4.2柱间支撑
柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30~45m，有吊车时不宜大于60m。当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑。 5.隅撑的作用与设计隅撑的作用主要是阻止梁的下翼缘及柱的内侧翼缘失稳。并在设计计算中作为减少梁柱的平面外计算长度的最不利侧向支撑间的最大间距。就拿梁来说隅撑之所以要设，是因为钢架斜梁受力的变化。在恒荷载和活荷载等荷载组合作用下，一般的梁受力是上翼缘受压，下翼缘受拉，这样檩条与钢梁的有效连接为梁上翼缘的稳定提供了可靠的支撑。所以一般情况下梁的平面外计算长度取两倍的檩条间距，上翼缘的稳定可以保证。但在受到风吸力荷载作用时，下翼缘受压，上翼缘受拉，这样下翼缘的稳定性没有可靠的平面外支撑。
6.结束语 在轻型门式钢架结构设计过程中，通过对设计要点和重点的把握及合理配置，可以有效地起到方便制作、安装，节约钢材用量的作用。
关键词：门式钢架；设计
Abstract: The type frame light steel is take door-shaped steel frame structure by the force vector, building envelope systems for thin-walled type C or Z purlin steel and colored steel sheeting. This paper discussed the characteristics of the structure and design through door-type steel frame of light steel structure engineering practice.Key words: portal steel frame; design;
中圖分类号：TU39文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
前言：轻型门式钢架结构作为一种新型的建筑结构模式门式钢架轻钢结构，由于具有用钢量少、自重轻、成本低、施工快、周期短、能够循环利用等优点，这些年以来在国内发展迅速。
1.柱设计1.1柱网布置的确定
轻钢厂房结构设计中首先要解决的问题是如何配合工艺要求进行柱网的平面布置。在尽可能满足生产工艺和使用功能上，应根据房屋的高度确定合理的跨度。随着柱距增大，其它各部分结构的用钢量均随柱距的增加而增加，特别是吊车梁，由于柱距较大，须采用格构形式，其用钢量所占比例较大，并最终超过了钢架的用钢量。其次是檩条，由于长细比的要求，用钢量增加也较快。在门式钢架中,主钢架和檩条的用钢量占很大比例,在相同的荷载条件下,柱网部署对主钢架和檩条的用钢量影响很大。所以,必要在工艺技术达标的情况下选择经济用钢量的柱距和跨度。对门式钢架轻型钢结构而言，钢架用钢量是最主要的，当钢架跨度较小时，钢架用钢量甚至占总用钢量的50％以上，而其它各单用钢量，特别是墙架梁、柱间支撑、屋面支撑，其用钢量所占比例较小，因此，在设计门式钢架时应精确设计，合理使用。
1.2轻钢结构门式钢架采用铰接还是钢接《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102：2002）第4.1.4条规定：“门式钢架的柱脚形成多按铰接支撑设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成钢接”。柱脚形式采用铰接还是钢接，除由吊车决定外，还要看房屋的高度和风荷载的大小，如果房屋的高度较高，而且风荷载较大，即使无吊车，如柱脚采用铰接，柱顶位移大，为控制柱顶位移，必然加大柱截面，增加用钢量。另外，柱脚形成的选择还要考虑土质情况及基础造价。当采用钢接柱脚，由于基础要承受较大的偏心弯矩，基础的平面尺寸均较铰接柱脚基础要大，土质情况差时差别就更大。因此，选用何种柱脚形式要根据房屋的高度，风载的大小，有无吊车，吊车吨位及土质情况等因素综合确定。
1.3关于摇摆柱设置问题
用于无桥式吊车的房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则”，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。摇摆柱有很多优点，但是也有一些弱点，就是它上下端铰接，不能提供侧向刚度，相反，它还要刚架柱提供侧向刚度才能发挥作用。因此，采用摇摆柱时，刚架柱的计算长度要增大。这在规程中有规定，摇摆柱的设置一定要使结构能满足侧向刚度要求，要有计算依据，根据设计经验，在多跨刚架中，摇摆柱不宜连续超过三根，另外，摇摆柱不宜用于支承托梁，托梁承受有竖向载较大。
2.梁设计
2.1梁截面设计
门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20~1/8。一般来说, 变截面门式钢架斜梁均采用工字钢, 其翼缘宽度和厚度不变, 仅仅通过改变腹板高度来改变斜梁截面, 从而改变斜梁的截面惯性矩。由于惯性矩较大的截面可以承担较大的弯矩, 因此, 通过计算, 选择合理的截面突变位置, 能够使斜梁上的弯矩实现合理分配。
2.2钢梁与混凝土柱的连接
有的设计人员希望将钢梁与混凝土柱刚接，以进一步节省钢材，钢梁与砼的连接，宜作成铰接．因为砼是脆性材料，一般不易做到理想的刚接，一旦连接松动，将使钢梁受到比设计内力大得多的弯矩，就能出现安全问题。此外，要强调进行整体分析，才能保证结构安全，因为斜粱是有坡度力的。3.围护结构设计 3.1檩条设计
檩条一般选用薄壁宽肢的C型、Z型。檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。侧墙墙梁的布置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设置和围护材料的要求确定。檩条与墙梁的间距，一般决定于压型板的板型和规格，并须经过力学计算后确定。但从构造要求的角度上看，一般不超过1.5米。檩条是冷弯薄壁构件，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。《规范》4.1.8、9条规定：“结构构件的受拉强度应按净截面计算；受压强度应按有效截面计算；稳定性应按有效截面计算。变形和各种稳定系数均可按毛截面计算”。 3.2拉条的设置 檩条的拉条设置与是否主要和檩条的侧向刚度有关，对于侧向刚度较大的轻型H型钢和空间桁架式檩条一般可不设拉条。对于侧向刚度较差的实腹时和平面桁架式檩条，为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，保证整体稳定性，一般需在檩条间设置拉条，作为侧向支撑点。当檩条跨度≤4m时，可按计算要求确定是否需要设置拉条；当屋面坡度i＞1/10，檩条跨度＞4时，宜在檩条的跨中位置设置一道拉条；当跨度＞6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑杆，在檐口处还应设置斜拉条和撑杆。拉条的直径为8～12mm，根据荷载和檩距大小选用。 3.3撑杆的设置：檩条撑杆的作用主要是限制檐檩和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑杆的长细比按压杆要求λ≤220，可采用钢管、方管或角钢做成。目前也有采用钢管内设拉条的做法。撑杆处应同时设置斜拉条。 4.如何确定屋面支撑与柱间支撑的大小
4.1屋面支撑
水平支撑形成局部刚域，抵抗在柱间和屋面梁间传递的水平力作用。水平支撑设置的最佳位置应考虑在每个温度单元居中设置，并要求屋面梁间和柱间水平支撑须设在同一开间，以构成几何不变体系。屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计，可采用单角钢，非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且风压较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时，可假定在水平荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。4.2柱间支撑
柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30~45m，有吊车时不宜大于60m。当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑。 5.隅撑的作用与设计隅撑的作用主要是阻止梁的下翼缘及柱的内侧翼缘失稳。并在设计计算中作为减少梁柱的平面外计算长度的最不利侧向支撑间的最大间距。就拿梁来说隅撑之所以要设，是因为钢架斜梁受力的变化。在恒荷载和活荷载等荷载组合作用下，一般的梁受力是上翼缘受压，下翼缘受拉，这样檩条与钢梁的有效连接为梁上翼缘的稳定提供了可靠的支撑。所以一般情况下梁的平面外计算长度取两倍的檩条间距，上翼缘的稳定可以保证。但在受到风吸力荷载作用时，下翼缘受压，上翼缘受拉，这样下翼缘的稳定性没有可靠的平面外支撑。
6.结束语 在轻型门式钢架结构设计过程中，通过对设计要点和重点的把握及合理配置，可以有效地起到方便制作、安装，节约钢材用量的作用。