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摘要：随着社会的快速发展，门式刚架结构在轻钢结构中已成为应用和发展速度最快的新型结构形式。门式刚架的主要优点有：现场施工安装方便快捷、跨度大、建筑造型美观、施工速度快、耗钢量少、造价低廉等，优越的条件使得门式刚架在机场车库、工业厂房、体育场馆、购物中心、仓库、加层建筑、展览厅等工业与民用建筑得到了广泛应用。在如此迅猛的发展形势下，结构设计人员良莠不齐，对门刚结构的设计经验不足给一系列施工人员提出了更高的考验。文中笔者先由门式刚架系统布置的问题引出了在门刚设计中设计人员应注意的问题。
关键词：门式刚架、结构设计、建筑设计
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
一、前言
随着社会的快速发展，门式刚架结构在轻钢结构中已成为应用和发展速度最快的新型结构形式。门式刚架主要有现场施工安装方便快捷、跨度大、施工速度快、耗钢量少、造价低廉等优点。根据跨数来分，门架结构的建筑物可以分为单跨、双跨和多跨的单双坡门式刚架，同时也可以根据业主的要求设计成带毗屋或挑檐的结构形式，在考虑到兼顾通风和采光的问题时可以选用设置通风天窗和采光带等使设计更加人性化。
二、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的适用范围
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》是现如今设计门刚所采用的规范。规范中对门式刚架限定了特定的使用范围:
1、构件截面薄，在考虑到墙面具有腐蚀性时，应考虑采用其他结构形式。
2、门式刚架的跨度应限定在35m以内，且檐口高度应小于15m。如果跨度过大或檐口高度过高，会导致结构的整体刚度难以保证，即便是采取多种措施，其提升程度的幅度也不大，此时，应考虑其他的结构形式。
3、轻、中级工作制的桥式吊车起重量应小于20t，悬挂式起重机不大于3t。
4、具有轻型屋盖及墙体的建筑。轻型屋盖和墙体要求重量轻，同时其蒙皮作用所产生的刚度很好的增强了整体房屋的整体性，进而增加建筑物的整体刚度。
三、系统布置时应注意的问题
(1)圆钢支撑仅仅适用于无吊车厂房，通过计算来确定直径的大小，按受拉杆计算。在圆钢支撑和腹板之间的连接处，当腹板厚度小于5mm时应加以补强，可以选择采用专用楔形连接件，在端部设置花兰螺丝。
(2)设备条件允许的情况下，在持有5t及5t以上吊车时，柱间支撑应分两层设置，采用型钢支撑，并加设水平压杆。在无吊车房屋中，如果6.0m柱距高度大于10m，7.5m柱距高度大于15m,应该把支撑分两层设置。
(3)支撑柱间的间距一般是30 ～ 45m，有吊车时，吊车梁以上的上部支撑应设置在端开间，并在中间或三分点处用上、下部柱间支撑；无吊车时一般设置在端部第一开间或第二开间( 并在第一开间相应位置设置刚性系杆) 和温度区段。
(4)在设置柱间支撑开间的同时设置屋盖横向支撑，为了构成几何不变体系，屋盖横向支撑之间应设置刚性系杆。
(5)在有15t以上吊车时，应设置屋盖纵向支撑和增加吊车梁的侧向刚度。
(6)在刚架的转折处( 边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶) 应沿房屋全长设置刚性系杆。
四、門式刚架的设计注意事项
1、围护材料的选择
在实际应用中，可供门式刚架厂房选择的维护结构材料很多，如:石棉水泥波形瓦、压型钢板、砖砌体、加气混凝土屋面板、太空板等几种材料。而在使用围护材料时也有一些限制，如：当抗震设防烈度小于6度时，可以使用砌体或轻型钢墙板；而当抗震设防烈度为7度或8度时，应采用非嵌砌砌体或轻型钢墙板为宜；当抗震设防烈度为9度时，可以使用与柱柔性连接的轻质墙板或轻型钢墙板。
2、钢材的合理选择
设计文件中应对钢材的品种、强度等级、质量等级及钢材所采用的质量标准明确提出。钢材的强度等级是结构计算的重要数据，这里就不再多说了。影响结构性能的另一重要影响因素是钢材的质量等级。根据钢材在不同温度下的抗冲击韧性来划分，钢材被划分为A、B、C、D、E五个质量等级。根据《钢规》中的规定，对于需要验算疲劳的钢构件，应该保证在不同的工作温度下，钢材能有相应的冲击韧性，这是确定钢材质量等级的重要依据。如：在北方寒冷的地区，如果钢材的使用是处于室外环境下，此时的钢材承受着重复荷载，这时就应该保证钢材的质量等级为C级及以上。
3、当底部为框架，顶层为门架时，边柱计算长度系数的确定
我们在设计时也不能单纯的照本宣科的按照《门刚》或者《钢规》来设计，如顶层为门架结构，底层为框架，这一种是超限结构。底层框架结构的边柱既是框架柱，同时还是门架柱。因此在确定其长度系数时，我们应该格外注意。
(1)按照《钢规》的线刚度比法将底层框架柱及顶层门架柱进行计算。
(2)删除底层框架，单独计算门架柱的长度。
(3)取两次计算结果的最大值，即为顶层门架柱的计算长度系数。
4、屋面水平支撑及柱间支撑的布置
(1)屋面横向水平支撑应广泛分布，将其布置在每个温度区间的端开间，在屋面设置天窗或气楼可以满足厂房通风的需要，而为了使天窗或气楼的稳定性更强，应该确保天窗的支撑与屋面的横向水平支撑处于同一开间之内，以此来保证厂房的整体性。这时，为保证风荷载的传递还应该在端开间设置刚性系杆。
(2)为保证厂房的整体刚度，应将屋面水平支撑与柱间支撑设置在同一开间之内。
(3)当每个温度区间的屋面所处的高度不同时，为保证同一高度屋面的整体性和各自的整体性，其屋面支撑系统应独立设置。
(4)考虑到同一柱列的柱间支撑会按刚度均匀受力的情况，所以在布置支撑时，支撑刚度不同不应布置在同一柱列之内，结构的纵向水平力应由柱间支撑承受。
5、当有地震作用参与的组合起控制作用时，此时的门架结构就应该采取相应的抗震措施，当地震作用控制结构的受力时，结构应采取抗震措施。在《建筑抗震设计规范》[3]有相关的规定，但其只满足于一般的单层钢结构厂房的要求，并不适用于单层轻型钢结构厂房。不过，在《门规》中也有相应的规定对此进行了规范。
(1)应采用角钢制作柱间支撑，支撑与水平面的夹角应控制在35°～55°之间，使之夹角控制在20°。支撑与柱的连接应采用节点板，其设计应按照《钢规》的有关规定进行。支撑与柱的交点应汇于柱底板，若不满足要求，在设计时应重新考虑支撑对柱产生的附加弯矩。
(2)地脚螺栓应不小于M24，锚固长度不小于25d(d为锚栓直径)，当柱脚设计为铰接时，可采用一对或两对螺栓；当设计为刚接时，柱脚板下应设置抗剪键及调平螺母。
6、门式钢梁平面外计算长度的确定及规范的选择
门式钢梁一般为楔形截面，其截面变化的依据为斜梁弯矩图。斜梁的平面外的计算长度一般按照屋面水平支撑点距离或隅撑的距离来确定。屋面斜梁进行截面计算时，应选择《门规》来设计截面，如果选择《钢规》，无论斜梁截面如何变化，规范均不做稳定计算。原因在于《钢规》中只计算等截面的构件。
7、檩条兼做刚性系杆的设计
兼做刚性系杆的檩条一般采用双檩条，檩条之间用缀板连接，该檩条除了承受屋面传来的水平及竖向荷载外，同时还承担由山墙传来的纵向风荷载，所以在计算时该檩条应按压弯构件设计，长细比λ≤180。
五、结语
综上所述，门式刚架是一种重要的结构形式，其重要性是非常巨大的，并且其设计的成功与否，直接与建筑的安全和使用相挂钩。通过本文的简要陈述，介绍了其在设计中需要注意的问题及一些处理方法，使结构设计的更加合理，发挥其应有的作用。
参考文献：
[1] 何文波 杨洪杰 常虹：《单层轻型门式刚架结构设计要点》，《黑龙江水利科技》， 2005年05期
[2] 李志勇 戴建琪：《探讨在厂房中门式刚架轻型钢结构的设计思路》，《四川建材》，2009年06期
[3] 那丽：《门式刚架钢结构施工中的几个问题》，《中小企业管理与科技》(下旬刊)，2009年07期
[4] 李丙辰 赵巍:《浅谈轻型门式刚架的设计与施工》，《中小企业管理与科技》(下旬刊)，2009年01期
[5] 徐良：《门式轻型房屋钢结构设计的几个问题》，《科技风》，2010年06期
关键词：门式刚架、结构设计、建筑设计
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
一、前言
随着社会的快速发展，门式刚架结构在轻钢结构中已成为应用和发展速度最快的新型结构形式。门式刚架主要有现场施工安装方便快捷、跨度大、施工速度快、耗钢量少、造价低廉等优点。根据跨数来分，门架结构的建筑物可以分为单跨、双跨和多跨的单双坡门式刚架，同时也可以根据业主的要求设计成带毗屋或挑檐的结构形式，在考虑到兼顾通风和采光的问题时可以选用设置通风天窗和采光带等使设计更加人性化。
二、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的适用范围
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》是现如今设计门刚所采用的规范。规范中对门式刚架限定了特定的使用范围:
1、构件截面薄，在考虑到墙面具有腐蚀性时，应考虑采用其他结构形式。
2、门式刚架的跨度应限定在35m以内，且檐口高度应小于15m。如果跨度过大或檐口高度过高，会导致结构的整体刚度难以保证，即便是采取多种措施，其提升程度的幅度也不大，此时，应考虑其他的结构形式。
3、轻、中级工作制的桥式吊车起重量应小于20t，悬挂式起重机不大于3t。
4、具有轻型屋盖及墙体的建筑。轻型屋盖和墙体要求重量轻，同时其蒙皮作用所产生的刚度很好的增强了整体房屋的整体性，进而增加建筑物的整体刚度。
三、系统布置时应注意的问题
(1)圆钢支撑仅仅适用于无吊车厂房，通过计算来确定直径的大小，按受拉杆计算。在圆钢支撑和腹板之间的连接处，当腹板厚度小于5mm时应加以补强，可以选择采用专用楔形连接件，在端部设置花兰螺丝。
(2)设备条件允许的情况下，在持有5t及5t以上吊车时，柱间支撑应分两层设置，采用型钢支撑，并加设水平压杆。在无吊车房屋中，如果6.0m柱距高度大于10m，7.5m柱距高度大于15m,应该把支撑分两层设置。
(3)支撑柱间的间距一般是30 ～ 45m，有吊车时，吊车梁以上的上部支撑应设置在端开间，并在中间或三分点处用上、下部柱间支撑；无吊车时一般设置在端部第一开间或第二开间( 并在第一开间相应位置设置刚性系杆) 和温度区段。
(4)在设置柱间支撑开间的同时设置屋盖横向支撑，为了构成几何不变体系，屋盖横向支撑之间应设置刚性系杆。
(5)在有15t以上吊车时，应设置屋盖纵向支撑和增加吊车梁的侧向刚度。
(6)在刚架的转折处( 边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶) 应沿房屋全长设置刚性系杆。
四、門式刚架的设计注意事项
1、围护材料的选择
在实际应用中，可供门式刚架厂房选择的维护结构材料很多，如:石棉水泥波形瓦、压型钢板、砖砌体、加气混凝土屋面板、太空板等几种材料。而在使用围护材料时也有一些限制，如：当抗震设防烈度小于6度时，可以使用砌体或轻型钢墙板；而当抗震设防烈度为7度或8度时，应采用非嵌砌砌体或轻型钢墙板为宜；当抗震设防烈度为9度时，可以使用与柱柔性连接的轻质墙板或轻型钢墙板。
2、钢材的合理选择
设计文件中应对钢材的品种、强度等级、质量等级及钢材所采用的质量标准明确提出。钢材的强度等级是结构计算的重要数据，这里就不再多说了。影响结构性能的另一重要影响因素是钢材的质量等级。根据钢材在不同温度下的抗冲击韧性来划分，钢材被划分为A、B、C、D、E五个质量等级。根据《钢规》中的规定，对于需要验算疲劳的钢构件，应该保证在不同的工作温度下，钢材能有相应的冲击韧性，这是确定钢材质量等级的重要依据。如：在北方寒冷的地区，如果钢材的使用是处于室外环境下，此时的钢材承受着重复荷载，这时就应该保证钢材的质量等级为C级及以上。
3、当底部为框架，顶层为门架时，边柱计算长度系数的确定
我们在设计时也不能单纯的照本宣科的按照《门刚》或者《钢规》来设计，如顶层为门架结构，底层为框架，这一种是超限结构。底层框架结构的边柱既是框架柱，同时还是门架柱。因此在确定其长度系数时，我们应该格外注意。
(1)按照《钢规》的线刚度比法将底层框架柱及顶层门架柱进行计算。
(2)删除底层框架，单独计算门架柱的长度。
(3)取两次计算结果的最大值，即为顶层门架柱的计算长度系数。
4、屋面水平支撑及柱间支撑的布置
(1)屋面横向水平支撑应广泛分布，将其布置在每个温度区间的端开间，在屋面设置天窗或气楼可以满足厂房通风的需要，而为了使天窗或气楼的稳定性更强，应该确保天窗的支撑与屋面的横向水平支撑处于同一开间之内，以此来保证厂房的整体性。这时，为保证风荷载的传递还应该在端开间设置刚性系杆。
(2)为保证厂房的整体刚度，应将屋面水平支撑与柱间支撑设置在同一开间之内。
(3)当每个温度区间的屋面所处的高度不同时，为保证同一高度屋面的整体性和各自的整体性，其屋面支撑系统应独立设置。
(4)考虑到同一柱列的柱间支撑会按刚度均匀受力的情况，所以在布置支撑时，支撑刚度不同不应布置在同一柱列之内，结构的纵向水平力应由柱间支撑承受。
5、当有地震作用参与的组合起控制作用时，此时的门架结构就应该采取相应的抗震措施，当地震作用控制结构的受力时，结构应采取抗震措施。在《建筑抗震设计规范》[3]有相关的规定，但其只满足于一般的单层钢结构厂房的要求，并不适用于单层轻型钢结构厂房。不过，在《门规》中也有相应的规定对此进行了规范。
(1)应采用角钢制作柱间支撑，支撑与水平面的夹角应控制在35°～55°之间，使之夹角控制在20°。支撑与柱的连接应采用节点板，其设计应按照《钢规》的有关规定进行。支撑与柱的交点应汇于柱底板，若不满足要求，在设计时应重新考虑支撑对柱产生的附加弯矩。
(2)地脚螺栓应不小于M24，锚固长度不小于25d(d为锚栓直径)，当柱脚设计为铰接时，可采用一对或两对螺栓；当设计为刚接时，柱脚板下应设置抗剪键及调平螺母。
6、门式钢梁平面外计算长度的确定及规范的选择
门式钢梁一般为楔形截面，其截面变化的依据为斜梁弯矩图。斜梁的平面外的计算长度一般按照屋面水平支撑点距离或隅撑的距离来确定。屋面斜梁进行截面计算时，应选择《门规》来设计截面，如果选择《钢规》，无论斜梁截面如何变化，规范均不做稳定计算。原因在于《钢规》中只计算等截面的构件。
7、檩条兼做刚性系杆的设计
兼做刚性系杆的檩条一般采用双檩条，檩条之间用缀板连接，该檩条除了承受屋面传来的水平及竖向荷载外，同时还承担由山墙传来的纵向风荷载，所以在计算时该檩条应按压弯构件设计，长细比λ≤180。
五、结语
综上所述，门式刚架是一种重要的结构形式，其重要性是非常巨大的，并且其设计的成功与否，直接与建筑的安全和使用相挂钩。通过本文的简要陈述，介绍了其在设计中需要注意的问题及一些处理方法，使结构设计的更加合理，发挥其应有的作用。
参考文献：
[1] 何文波 杨洪杰 常虹：《单层轻型门式刚架结构设计要点》，《黑龙江水利科技》， 2005年05期
[2] 李志勇 戴建琪：《探讨在厂房中门式刚架轻型钢结构的设计思路》，《四川建材》，2009年06期
[3] 那丽：《门式刚架钢结构施工中的几个问题》，《中小企业管理与科技》(下旬刊)，2009年07期
[4] 李丙辰 赵巍:《浅谈轻型门式刚架的设计与施工》，《中小企业管理与科技》(下旬刊)，2009年01期
[5] 徐良：《门式轻型房屋钢结构设计的几个问题》，《科技风》，2010年06期