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摘 要：文章指出每一位设计者要通过对门式刚架相关规范、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。
关键词：门式刚架 轻型房屋钢结构 设计施工
随着轻型钢结构房屋在建筑工程中的大量应用，为了满足大空间的使用要求，采用轻型钢结构屋面，一般为钢筋混凝土柱和钢梁组成的框架结构，梁柱连接采用铰接形式。但有的设计人员往往不能正确的在计算软件中模拟这种结构体系，而是采用钢柱来代替混凝土柱，梁柱采用刚接来计算。在刚架设计中钢柱与钢梁刚接连接节点处将传递弯矩，钢柱对钢梁的强度和挠度起到一定的约束补强作用，而实际施工中由于混凝土柱和钢梁采用铰接连接，节点处不能传递弯矩，由于节点连接方式不同，构件内力分配也不同，所以将计算刚架的钢柱换成混凝土柱，而钢梁截面不变，必然导致结构本身存在安全隐患。
1结构材料的特点分析
在进行轻型门式刚架结构设计过程中，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。
2门式刚架的设计分析
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）第3.2.2条规定（后面简称门式刚架规程），当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值（按水平投影面积计算）应取0.5kN/m2，但对受荷水平投影面积大于60m2的刚架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3kN/m2。第3.2.5条荷载效应组合原则规定，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值。一般房屋的设计基准期为50年，沈阳地区50年一遇雪荷载值为0.40kN/m2，根据荷载效应组合要求取两者较大值，这样就应该取雪荷载0.40kN/m2参与计算。容易忽视的是“受荷水平投影面积大于60m2”仅是针对于刚架构件，檩条的计算则应按规范要求取0.5kN/m2，因为单根檩条的受荷面积较小，如取值不足，给建筑物的使用安全留下隐患。门式刚架技术规程第3.4.2条规定，门式刚架斜梁仅支撑压型钢板屋面和冷弯型钢檩条时，构件的竖向挠度限值为1/180，有吊顶时为1/240。因大多数轻钢房屋结构跨度较大，在一定设计荷载情况下，构件的截面大小一般都由挠度控制，值太大不仅影响建筑物的正常使用，在钢梁挠度值过渡超过极限值时，会给建筑物造成严重破坏，甚至倒塌。一些设计人员简单的认为只要构件的强度满足要求结构就不会出问题，而忽略了对构件挠度变形的控制。在这次雪灾倒塌的房屋中，有部分房屋就因为受力构件挠度过大，造成整个结构体系的崩溃而发生整体倒塌事故。
3门式刚架的问题分析
3.1设计结构分析
结构选型和支撑体系、节点设置不合理。轻型钢结构房屋结构体系，根据跨度、高度和承受荷載的不同，柱、梁构件可采用变截面或等截面实腹式H型钢、平面桁架、空间桁架等结构形式，在实际工程中采用最多的是实腹式H型钢，相比平面桁架和空间桁架结构形式简单明了，支撑体系也比较简单直观。但从工程造价上来说，平面桁架和空间桁架结构体系相比实腹式H型钢结构要经济，所以很多工程为了降低工程造价，采用平面桁架和空间桁架结构体系。桁架结构虽然比较经济，但构件本身侧向稳定性差，对整个结构的支撑体系要求更高。一些设计人员为了降低造价，梁柱构件选用平面桁架，但支撑体系还是按照实腹式H性钢结构体系来设置，因此很难保证桁架构件的局部强度稳定，从而导致整个结构体系的破坏倒塌。有的单位设计的门式刚架，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁用竖放式端板与混凝土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，的确是有用混凝土柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能铰接，不能刚接。因为混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很差，在外力作用下很容易松动和破坏。还有的单位，在门式刚架设计好之后，又根据业主要求将钢柱换成混凝土柱，而梁截面不变。应当指出，混凝土柱加钢梁作成排架是可以的，但将刚架的钢柱换成混凝土柱，而钢梁不变，是不行的。由于连接不同，构件内力也不同，有的工程斜梁很细，可能与此有关。《冷弯薄壁型钢构件技术规范》（GB50018-2002）第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。设计人员往往忽略强度计算要用净截面，忽略檩条打孔对截面的减弱。这种减弱，一般达到6%～15%，对小截面窄翼缘的构件影响较大。不顾规范的要求，侥幸的认为檩条作为次要构件对整个结构安全影响小，而不去重视，最后的结果是因为檩条的强度不足率先破坏而引起结构倒塌事故。
3施工技术分析
个别施工企业为了追求利润最大化，私自把图纸设计要求的Q345钢材随意更换成Q235钢材，构件的截面尺寸虽然相同，但钢材的设计强度相差很大，材料的不合理代换必然给结构的安全埋下隐患。端板连接处是结构的重要部位，由于加工要求不够严谨，腹板与端板间存在倾斜夹角。有的工程两块端板不能完全吻合，强行用高强螺栓拉在一起后仍有缝隙，还有的端板没有做摩擦面处理，甚至直接喷上防护漆。节点设计采用摩擦型高强螺栓，对端板接触面摩擦系数有一定的设计要求，所以由于加工质量存在的安全隐患，一定要引起高度重视。在施工过程中，没有按照设计图纸的要求进行施工，随意省掉柱间支撑或圆钢支撑。支撑不张紧根本起不到作用，屋面隅撑更是能省则省，认为可有可无。柱间支撑是用来抵抗纵向风荷载和地震力的影响，隅撑是用来减少钢梁平面外的计算长度的。不严格按照图纸施工，必然对工程的结构安全留下隐患。
4结束语
以上几点是在轻型钢结构设计施工中发现的一些常见问题。建筑工程是一个系统工程，要想保证建筑物的结构安全以及合理使用，必须从设计、加工、施工、安装、维护等各个环节严格控制，才能保证工程质量，避免质量事故发生。
参考文献：
[1]GB50009-2009.建筑结构荷载规范[S]北京：中国建筑工业出版社.2010.
[2]徐兆熙.门式刚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.2012
关键词：门式刚架 轻型房屋钢结构 设计施工
随着轻型钢结构房屋在建筑工程中的大量应用，为了满足大空间的使用要求，采用轻型钢结构屋面，一般为钢筋混凝土柱和钢梁组成的框架结构，梁柱连接采用铰接形式。但有的设计人员往往不能正确的在计算软件中模拟这种结构体系，而是采用钢柱来代替混凝土柱，梁柱采用刚接来计算。在刚架设计中钢柱与钢梁刚接连接节点处将传递弯矩，钢柱对钢梁的强度和挠度起到一定的约束补强作用，而实际施工中由于混凝土柱和钢梁采用铰接连接，节点处不能传递弯矩，由于节点连接方式不同，构件内力分配也不同，所以将计算刚架的钢柱换成混凝土柱，而钢梁截面不变，必然导致结构本身存在安全隐患。
1结构材料的特点分析
在进行轻型门式刚架结构设计过程中，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。
2门式刚架的设计分析
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）第3.2.2条规定（后面简称门式刚架规程），当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值（按水平投影面积计算）应取0.5kN/m2，但对受荷水平投影面积大于60m2的刚架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3kN/m2。第3.2.5条荷载效应组合原则规定，屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值。一般房屋的设计基准期为50年，沈阳地区50年一遇雪荷载值为0.40kN/m2，根据荷载效应组合要求取两者较大值，这样就应该取雪荷载0.40kN/m2参与计算。容易忽视的是“受荷水平投影面积大于60m2”仅是针对于刚架构件，檩条的计算则应按规范要求取0.5kN/m2，因为单根檩条的受荷面积较小，如取值不足，给建筑物的使用安全留下隐患。门式刚架技术规程第3.4.2条规定，门式刚架斜梁仅支撑压型钢板屋面和冷弯型钢檩条时，构件的竖向挠度限值为1/180，有吊顶时为1/240。因大多数轻钢房屋结构跨度较大，在一定设计荷载情况下，构件的截面大小一般都由挠度控制，值太大不仅影响建筑物的正常使用，在钢梁挠度值过渡超过极限值时，会给建筑物造成严重破坏，甚至倒塌。一些设计人员简单的认为只要构件的强度满足要求结构就不会出问题，而忽略了对构件挠度变形的控制。在这次雪灾倒塌的房屋中，有部分房屋就因为受力构件挠度过大，造成整个结构体系的崩溃而发生整体倒塌事故。
3门式刚架的问题分析
3.1设计结构分析
结构选型和支撑体系、节点设置不合理。轻型钢结构房屋结构体系，根据跨度、高度和承受荷載的不同，柱、梁构件可采用变截面或等截面实腹式H型钢、平面桁架、空间桁架等结构形式，在实际工程中采用最多的是实腹式H型钢，相比平面桁架和空间桁架结构形式简单明了，支撑体系也比较简单直观。但从工程造价上来说，平面桁架和空间桁架结构体系相比实腹式H型钢结构要经济，所以很多工程为了降低工程造价，采用平面桁架和空间桁架结构体系。桁架结构虽然比较经济，但构件本身侧向稳定性差，对整个结构的支撑体系要求更高。一些设计人员为了降低造价，梁柱构件选用平面桁架，但支撑体系还是按照实腹式H性钢结构体系来设置，因此很难保证桁架构件的局部强度稳定，从而导致整个结构体系的破坏倒塌。有的单位设计的门式刚架，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁用竖放式端板与混凝土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，的确是有用混凝土柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能铰接，不能刚接。因为混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很差，在外力作用下很容易松动和破坏。还有的单位，在门式刚架设计好之后，又根据业主要求将钢柱换成混凝土柱，而梁截面不变。应当指出，混凝土柱加钢梁作成排架是可以的，但将刚架的钢柱换成混凝土柱，而钢梁不变，是不行的。由于连接不同，构件内力也不同，有的工程斜梁很细，可能与此有关。《冷弯薄壁型钢构件技术规范》（GB50018-2002）第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。设计人员往往忽略强度计算要用净截面，忽略檩条打孔对截面的减弱。这种减弱，一般达到6%～15%，对小截面窄翼缘的构件影响较大。不顾规范的要求，侥幸的认为檩条作为次要构件对整个结构安全影响小，而不去重视，最后的结果是因为檩条的强度不足率先破坏而引起结构倒塌事故。
3施工技术分析
个别施工企业为了追求利润最大化，私自把图纸设计要求的Q345钢材随意更换成Q235钢材，构件的截面尺寸虽然相同，但钢材的设计强度相差很大，材料的不合理代换必然给结构的安全埋下隐患。端板连接处是结构的重要部位，由于加工要求不够严谨，腹板与端板间存在倾斜夹角。有的工程两块端板不能完全吻合，强行用高强螺栓拉在一起后仍有缝隙，还有的端板没有做摩擦面处理，甚至直接喷上防护漆。节点设计采用摩擦型高强螺栓，对端板接触面摩擦系数有一定的设计要求，所以由于加工质量存在的安全隐患，一定要引起高度重视。在施工过程中，没有按照设计图纸的要求进行施工，随意省掉柱间支撑或圆钢支撑。支撑不张紧根本起不到作用，屋面隅撑更是能省则省，认为可有可无。柱间支撑是用来抵抗纵向风荷载和地震力的影响，隅撑是用来减少钢梁平面外的计算长度的。不严格按照图纸施工，必然对工程的结构安全留下隐患。
4结束语
以上几点是在轻型钢结构设计施工中发现的一些常见问题。建筑工程是一个系统工程，要想保证建筑物的结构安全以及合理使用，必须从设计、加工、施工、安装、维护等各个环节严格控制，才能保证工程质量，避免质量事故发生。
参考文献：
[1]GB50009-2009.建筑结构荷载规范[S]北京：中国建筑工业出版社.2010.
[2]徐兆熙.门式刚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.2012