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摘要：本文主要根据轻型门式钢架结构的特点，对在设计中涉及到的结构材料，荷载和节点构造等要点进行了分析探讨。
关键词：轻型；门式钢架；设计；浅析
中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着工业的快速发展和钢结构技术的不断进步与更新，新型材料应用越来越广泛，轻钢结构也大量涌现，尤其是轻型门式钢架结构在单层工业厂房、仓库、超市、体育及娱乐设施等大跨度建筑中得到了广泛的应用。轻型门式钢架结构是用等截面或变截面的焊接H型钢作为梁柱，以冷弯薄壁型钢作为檩条、墙梁、墙柱，以彩钢板作为屋面板及墙面板，现场采用螺栓或焊接形式进行连接的结构，再配以零件、扣件、门窗等形成的比较完善的建筑结构形式。
1 轻型门式钢架结构的特点
门式钢架轻型房屋钢结构体系是由钢架、屋盖、围护体系、及相应的支撑所构成的结构体系。门式钢架与其它形式的建筑结构相比，具有以下优势：
1.1 构件形式经济合理，结构质量轻
质量轻主要是由于围護结构的材料采用的是金属板与薄壁型钢，因而门式钢架的负荷较小，钢架自重也随之减轻。而基础结构是与上部结构密切相关的，钢架整体变轻了，对基础的要求就会降低，基础的尺寸可以做小。
1.2 抗震性能好
门式钢架自重轻，地震反应较小，很适合在地震多发地区中推广使用。
1.3 施工周期短
门式钢架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。
1.4 柱网布置比较灵活 传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6米，当采用12米柱距时，需设置托架及墙架柱。而门式钢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。
2 结构材料
在进行轻型门式钢架结构设计过程中，材料的选择尤其重要。承重结构应根据结构的重要性（破坏后果）、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方式、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和要求具有的材料性能，要防止钢材发生脆性破坏。一般来讲，受拉构件的材性要求较受压构件的高，焊接构件的材性要求较非焊接结构高，受动力荷载的结构材性较受静力荷载的高，处于低温地区的结构材性要求较高，钢板厚度越大材性越差。这里着重谈谈在设计中如何选用Q235钢和Q345钢。
当结构构件的截面是由强度控制时，设计时应优先选用Q345钢。Q345钢相对Q235钢屈服强度提高约45%，，一般情况下用钢量方面会比Q235节省15%左右，而Q345钢与Q235钢在价格方面相差不到10%，所以综合分析选用Q345钢的经济效益比较明显。而当结构构件的截面是由刚度控制时，设计时应优先选用Q235钢。因为截面由刚度控制时，构件应力比较小，也不需要高屈服强度的Q345钢。还有重要一点是，《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102-2002）(以下简称门规)里对工字型截面构件宽厚比的规定，也就是工字型截面受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比不应大于15x(235/fy)0.5，工字型截面构件腹板的计算高度hw与其厚度之比不应大于250x(235/fy)0.5(fy为钢材屈服强度)，从公式中不难看出，Q235钢比Q345钢有更大的翼缘自由外伸宽度或者腹板计算高度。因此，设计者可以利用Q235钢更高的宽厚比限值，相对Q345钢比较节省用钢量。
3 荷载
3.1 恒载：由主材、压型彩板、保温材料及轻质吊顶灯等构件自重确定。
3.2 活载：包括屋面均布活载、检修集中荷载、积灰荷载和雪荷载等。门规中规定屋面均布活荷载不应小于0.5kN/m2,不过对于受荷水平投影面积大于60m2的钢架构件，屋面均布活荷载不应小于0.3kN/m2。在考虑荷载组合作用时，均布活荷载与雪荷载不同时考虑，取其中较大值计算；积灰荷载与雪和均布活载中的较大值必须同时考虑；检修荷载只与结构自重荷载同时考虑。
3.3 风载：现行的门规是以（GB50009-2001）为基础进行风荷载取值。根据门式钢架不同的部位，体型系数选择应按照门规里的表A.0.2-（1～4）取用。
3.4 温度：钢结构温度区段长度原则上应符合《钢结构设计手册》（上册）表2.17和门规第4.3.1条的要求。不符合要求时，需要计算温度效应。计算温差原则上应去安装时温度和安装后结构可能遇到的最冷温度和最热温度只差。如安装设计时间无法确定，一般室内采暖和非采暖钢结构温差可取25～30°，室外露天钢结构温度可取40～50°。
3.5 吊车：按（GB50009-2001）的规定取用，有多台吊车共同作用时，吊车的组合一般不超过两台；计算吊车梁的疲劳和挠度时，吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台确定，吊车轮压按标准值计算。
3.6 地震作用：按（GB50009-2001）的规定取用，不与风荷载作用同时考虑。
4 节点及构造
在门式钢架设计中，节点及构造也是非常重要的，这直接关系到整个建筑结构的安全。在设计过程中，应遵循以下的节点及构造要求。
4.1 门式钢架主钢架柱铰接平板式柱脚宜采用两对地脚锚栓，抗风柱柱脚可采用一对地脚锚栓。
4.2 当采用地脚锚栓与钢柱连接的独立钢筋混凝土基础，构造有如下要求：
A: 地脚锚栓中心至基础顶面边缘的距离不宜小于地脚锚栓直径的5倍；
B: 钢柱柱脚底板边缘至基础顶面边缘的距离不小于100mm；
C: 钢柱基础顶面二次浇灌层宜用强度等级不低于C25且较基础混凝土强度等级高一级的微膨胀无收缩自流性细石混凝土灌浆，应确保密实，其厚度一般是70mm左右,一般不超过100mm。
4.3 梁柱采用端板连接时，端板外伸处三角形加劲肋的高长比宜为1:2。
4.4 门式钢架梁柱采用端板连接时，设计剪力小于其抗滑移承载力（抗滑移系数为0.15计算）时，端板面可采用抛丸除锈后涂刷防锈底漆处理。
5 结束语
通过几年的工程实践，对于轻型门式钢架的设计有以下几点体会和总结：
5.1 设计时注意考虑结构的整体性。轻型门式钢架的梁柱是平面结构，它们在墙梁、檩条和支撑等纵向构件和围护结构的联系下形成完整空间的稳定体系，承担各种荷载和其他外在效应。
5.2 透彻了解整个门式钢架的受力传递途径，并注意传递过程中的外部效应。
5.3 设计时应考虑运输和安装过程中出现的问题，采取划分分段点等措施来防止构件发生弯曲和扭转变形。
5.4 作为设计者，要通过对门式钢架相关规范、力学、结构受力原理的学习探究，建立起较强的结构概念，结合实际，正确处理设计与实践中遇到的各种杂难问题，使钢结构设计不但在技术上切实可行，而且能取得最优的经济效益。
参考文献：
[1] CECSl02-2002.门式钢架轻型房屋钢结构技术规程[S]北京:中国建筑工业出版社.2002.
[2] GB50009-2001.建筑结构荷载规范[S]北京:中国建筑工业出版社.2001.
[3] 李雄彦，徐兆熙，薛素铎.门式钢架轻型钢结构工程设计与实例》[M].北京:中国建筑工业出版社.2008.
[4] 饶芝英：《门式钢架轻型房屋钢结构设计的几点问题》，《建筑结构》，2010，（8）
[5] 韩方俊：《轻型钢结构设计轻量化的主要途径》，《工业建筑》，20009，（2）.
[6] 李一凡等：《门式钢架轻型房屋的发展现状》，《钢结构》，2011，（5）.
关键词：轻型；门式钢架；设计；浅析
中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着工业的快速发展和钢结构技术的不断进步与更新，新型材料应用越来越广泛，轻钢结构也大量涌现，尤其是轻型门式钢架结构在单层工业厂房、仓库、超市、体育及娱乐设施等大跨度建筑中得到了广泛的应用。轻型门式钢架结构是用等截面或变截面的焊接H型钢作为梁柱，以冷弯薄壁型钢作为檩条、墙梁、墙柱，以彩钢板作为屋面板及墙面板，现场采用螺栓或焊接形式进行连接的结构，再配以零件、扣件、门窗等形成的比较完善的建筑结构形式。
1 轻型门式钢架结构的特点
门式钢架轻型房屋钢结构体系是由钢架、屋盖、围护体系、及相应的支撑所构成的结构体系。门式钢架与其它形式的建筑结构相比，具有以下优势：
1.1 构件形式经济合理，结构质量轻
质量轻主要是由于围護结构的材料采用的是金属板与薄壁型钢，因而门式钢架的负荷较小，钢架自重也随之减轻。而基础结构是与上部结构密切相关的，钢架整体变轻了，对基础的要求就会降低，基础的尺寸可以做小。
1.2 抗震性能好
门式钢架自重轻，地震反应较小，很适合在地震多发地区中推广使用。
1.3 施工周期短
门式钢架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。
1.4 柱网布置比较灵活 传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6米，当采用12米柱距时，需设置托架及墙架柱。而门式钢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。
2 结构材料
在进行轻型门式钢架结构设计过程中，材料的选择尤其重要。承重结构应根据结构的重要性（破坏后果）、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方式、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和要求具有的材料性能，要防止钢材发生脆性破坏。一般来讲，受拉构件的材性要求较受压构件的高，焊接构件的材性要求较非焊接结构高，受动力荷载的结构材性较受静力荷载的高，处于低温地区的结构材性要求较高，钢板厚度越大材性越差。这里着重谈谈在设计中如何选用Q235钢和Q345钢。
当结构构件的截面是由强度控制时，设计时应优先选用Q345钢。Q345钢相对Q235钢屈服强度提高约45%，，一般情况下用钢量方面会比Q235节省15%左右，而Q345钢与Q235钢在价格方面相差不到10%，所以综合分析选用Q345钢的经济效益比较明显。而当结构构件的截面是由刚度控制时，设计时应优先选用Q235钢。因为截面由刚度控制时，构件应力比较小，也不需要高屈服强度的Q345钢。还有重要一点是，《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102-2002）(以下简称门规)里对工字型截面构件宽厚比的规定，也就是工字型截面受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比不应大于15x(235/fy)0.5，工字型截面构件腹板的计算高度hw与其厚度之比不应大于250x(235/fy)0.5(fy为钢材屈服强度)，从公式中不难看出，Q235钢比Q345钢有更大的翼缘自由外伸宽度或者腹板计算高度。因此，设计者可以利用Q235钢更高的宽厚比限值，相对Q345钢比较节省用钢量。
3 荷载
3.1 恒载：由主材、压型彩板、保温材料及轻质吊顶灯等构件自重确定。
3.2 活载：包括屋面均布活载、检修集中荷载、积灰荷载和雪荷载等。门规中规定屋面均布活荷载不应小于0.5kN/m2,不过对于受荷水平投影面积大于60m2的钢架构件，屋面均布活荷载不应小于0.3kN/m2。在考虑荷载组合作用时，均布活荷载与雪荷载不同时考虑，取其中较大值计算；积灰荷载与雪和均布活载中的较大值必须同时考虑；检修荷载只与结构自重荷载同时考虑。
3.3 风载：现行的门规是以（GB50009-2001）为基础进行风荷载取值。根据门式钢架不同的部位，体型系数选择应按照门规里的表A.0.2-（1～4）取用。
3.4 温度：钢结构温度区段长度原则上应符合《钢结构设计手册》（上册）表2.17和门规第4.3.1条的要求。不符合要求时，需要计算温度效应。计算温差原则上应去安装时温度和安装后结构可能遇到的最冷温度和最热温度只差。如安装设计时间无法确定，一般室内采暖和非采暖钢结构温差可取25～30°，室外露天钢结构温度可取40～50°。
3.5 吊车：按（GB50009-2001）的规定取用，有多台吊车共同作用时，吊车的组合一般不超过两台；计算吊车梁的疲劳和挠度时，吊车荷载应按作用在跨间内起重量最大的一台确定，吊车轮压按标准值计算。
3.6 地震作用：按（GB50009-2001）的规定取用，不与风荷载作用同时考虑。
4 节点及构造
在门式钢架设计中，节点及构造也是非常重要的，这直接关系到整个建筑结构的安全。在设计过程中，应遵循以下的节点及构造要求。
4.1 门式钢架主钢架柱铰接平板式柱脚宜采用两对地脚锚栓，抗风柱柱脚可采用一对地脚锚栓。
4.2 当采用地脚锚栓与钢柱连接的独立钢筋混凝土基础，构造有如下要求：
A: 地脚锚栓中心至基础顶面边缘的距离不宜小于地脚锚栓直径的5倍；
B: 钢柱柱脚底板边缘至基础顶面边缘的距离不小于100mm；
C: 钢柱基础顶面二次浇灌层宜用强度等级不低于C25且较基础混凝土强度等级高一级的微膨胀无收缩自流性细石混凝土灌浆，应确保密实，其厚度一般是70mm左右,一般不超过100mm。
4.3 梁柱采用端板连接时，端板外伸处三角形加劲肋的高长比宜为1:2。
4.4 门式钢架梁柱采用端板连接时，设计剪力小于其抗滑移承载力（抗滑移系数为0.15计算）时，端板面可采用抛丸除锈后涂刷防锈底漆处理。
5 结束语
通过几年的工程实践，对于轻型门式钢架的设计有以下几点体会和总结：
5.1 设计时注意考虑结构的整体性。轻型门式钢架的梁柱是平面结构，它们在墙梁、檩条和支撑等纵向构件和围护结构的联系下形成完整空间的稳定体系，承担各种荷载和其他外在效应。
5.2 透彻了解整个门式钢架的受力传递途径，并注意传递过程中的外部效应。
5.3 设计时应考虑运输和安装过程中出现的问题，采取划分分段点等措施来防止构件发生弯曲和扭转变形。
5.4 作为设计者，要通过对门式钢架相关规范、力学、结构受力原理的学习探究，建立起较强的结构概念，结合实际，正确处理设计与实践中遇到的各种杂难问题，使钢结构设计不但在技术上切实可行，而且能取得最优的经济效益。
参考文献：
[1] CECSl02-2002.门式钢架轻型房屋钢结构技术规程[S]北京:中国建筑工业出版社.2002.
[2] GB50009-2001.建筑结构荷载规范[S]北京:中国建筑工业出版社.2001.
[3] 李雄彦，徐兆熙，薛素铎.门式钢架轻型钢结构工程设计与实例》[M].北京:中国建筑工业出版社.2008.
[4] 饶芝英：《门式钢架轻型房屋钢结构设计的几点问题》，《建筑结构》，2010，（8）
[5] 韩方俊：《轻型钢结构设计轻量化的主要途径》，《工业建筑》，20009，（2）.
[6] 李一凡等：《门式钢架轻型房屋的发展现状》，《钢结构》，2011，（5）.