門式剛架輕型房屋鋼結構廠房的設計思路研究

文/姜珊 天津渤海化工集團規劃設計院 天津市 300450

門式剛架輕型房屋鋼結構廠房的設計思路研究

文/姜珊 天津渤海化工集團規劃設計院 天津市 300450

門式剛架輕型鋼結構在建筑行業的廣泛應用主要是因為其有造價低廉、自身重量較輕、傳力路徑明確、加工簡便以及施工周期相對較短的優點。本文在分析剛架特點以及其結構形式的基礎之上，重點對其載荷、內力計算以及幾何參數優化做重點的探討。

門式剛架；輕型鋼結構；設計；優化

一、剛架特點

目前，應用在廠房中的門式剛架主要有多跨剛架和單跨剛架兩種結構。當前，在實際建筑應用較多的就是多跨剛架結構，但是在選擇剛架結構時還需要結合實際的建筑結構情況進行選擇。舉例來說，如果是要求比較單一的工藝則可以直接選擇單跨剛架結構，而如果要求相對復雜的工藝，可以選擇多跨剛架結構。鋼結構廠房高度的確定要依據實際的工藝要求，尤其是要充分考慮到建筑物的采光通風以及天車軌頂的高度等相關因素。同時在確定高度的時候不僅要符合工藝使用的要求，同時要以節約能源為原則不能盲目拔高。

坡屋頂的建設一般都會考慮到建筑物的采光通風以及排水情況。多跨剛架結構通常情況下為了防止因廠房跨度過大，一側剛架柱需拔高而導致的資源浪費會考慮修建成雙坡的屋面以及雙向排水結構。門式剛架相比于其他鋼結構的建筑來說有著十分優越的優勢，首先，剛架擁有簡單的構造，同時其材料使用較為單一，由此門式剛架的設計較為標準，加工制作相對簡便，進而提高了廠房的生產效率。其次，門式剛架的防震性能優越。主要是由于門式剛架自身重量較輕，且屬于柔性結構，因此，門式剛架可以有效的減輕地震所造成的破壞性，從這個角度來說，門式剛架應用于地震災害頻發的地區是十分必要的。最后，門式剛架還擁有良好的環保性。主要是因為生產門式剛架的鋼材屬于生態型的環保材料，其利用及回收都是相當便利的，可以實現材料的可持續發展。

雖然門式剛架擁有其他鋼結構無法比擬的優勢，但其也存在一些問題。第一，鋼結構易受腐蝕。第二，防火性能較差，鋼材在溫度二百攝氏度的情況下，其力學性能并不會發生太大的變化，一旦溫度上升到三百攝氏度以上，鋼材的彈性模量以及強度會發生較大的變化，而當溫度達到六百攝氏度以上的時候，鋼材的力學性能會完全發生變化，其承載力及剛度會迅速下降到最低點。但是近幾年來，我國已經研發了先進的防腐蝕、防火產品，可以有效的彌補鋼材的劣勢。因此，門式剛架在廠房中的應用趨勢是必然的。

二、門式剛架結構形式

門式剛架簡單來說就是一種連續式結構。以單跨式門式剛架作為研究對象，發現單跨門式剛架是一種異型的三跨連續梁結構，只是邊跨梁發生了彎曲，其角度為九十度。同時單跨門式剛架的柱體與梁體通過剛接的方式實現了連接。如果單跨門式剛架作用于水平荷載情況下，會利用梁體以及基礎對于柱體的作用力來降低柱體的彎矩，同樣如果單跨門式剛架作用于垂直（豎向）載荷條件下，則是柱體對梁體的作用力降低梁體的彎矩。從這個角度來看，門式剛架結構的受力狀況是比較科學合理的。

當前，在我國輕型門式剛架正廣泛應用于廠房結構中。輕型門式剛架按照其結構功能劃分可以分為兩種，即圍護結構與主體承重結構。圍護結構由壓型鋼板和檁條構成并對墻面以及屋面進行圍護。而主體承重結構主要包括門式剛架的柱體、梁體以及其支撐系統。主體承重結構承擔了大部分的房屋載荷力，是房屋建筑的核心。門式剛架的梁柱通常情況下都是選用的變截面的實腹式截面。例如：焊接工字鋼。而門式剛架的支撐系統主要包括屋面支撐系統以及柱間支撐系統。一般情況下，對于單跨門式剛架的梁柱節點可以采用剛接形式，但多跨門式剛架的梁柱節點應該采用剛接與鉸接結合的方式。

三、設計及優化

1、荷載考慮

通常情況下，在考慮門式剛架輕型房屋的載荷時，都會涉及到三種載荷形式，即偶然載荷、可變載荷以及永久載荷。所謂偶然載荷指的是在使用期間載荷的出現是具有偶然性的，但如果出現了載荷，就代表著其載荷相對較大，但出現時間較短。地震載荷時最具有代表性的偶然載荷。而可變載荷就是指載荷會隨著環境狀況的變化及建筑物的使用狀況而發生變化，風載荷、吊車載荷是最為常見的可變載荷。永久載荷則是指門式剛架輕型房屋結構的自身重量，其包括了支撐系統的重量、材料的重量、骨架結構的重量等。

在考慮門式剛架結構的載荷時應保證載荷的值能夠全面深刻的反應門式剛架結構的載荷情況，且其取值是不能隨意減少或者放大的，因為這樣會嚴重影響門式剛架結構的計算結果。

2、支撐系統

構成輕型鋼結構房屋支撐體系的主要有兩部分，第一，例如墻梁、槺條這類可以防止薄壁構件失穩的體系。第二，例如柱間支撐以及屋面支撐之類可以支撐縱向抗側剛度的體系。當前，這兩種應用在輕型剛架結構房屋中的支撐體系可以將房屋平面支撐為一個整體空間，從而保障門式剛架輕型房屋鋼結構的穩定程度以及強度符合國家標準，從而保障門式剛架輕型房屋鋼結構可以正常使用。

布置門式剛架輕型房屋鋼結構的柱間支撐。在對其進行布置的時候，要根據輕型房屋結構的功能要求、縱向的柱子之間的間距以及按照的具體條件為基礎在進行布置。同時如果在布置柱間支撐時，沒有吊車設置時，其間距最好設置為30到45米，如果有吊車設置，其柱間的支撐結構應該設置在溫度區段的中部。但是需要注意的是，若溫度區段相對較長，柱間支撐結構最佳設置位置是三分點部位，同時柱子與柱子之間的間距要小于60米。除此之外，要根據豎向的懸臂桁架設置并確定柱間的支撐內力，以保障柱間支撐的力度符合強度要求。

四、結語

當前，在工業建筑領域已經廣泛應用了門式剛架輕型鋼結構體系。即便如此，相關單位還應該重視對門式剛架輕型鋼結構的設計及優化，以保障門式剛架的結構的穩定程度與安全程度符合國家標準。具體的設計要求為：設計、施工人員應結合門式剛架建造的具體環境及其弄能要求等，運用恰當的加固設計技術，保障門式剛架輕型結構的穩定性。

[1］胡斌，鄧向華.門式剛架輕型房屋鋼結構設計的幾點問題[J］.科技創新導報，2014，06：59.

[2］楊歡.門式剛架輕型房屋鋼結構廠房的加固設計思路研究[J］.四川水泥，2014，08：126+135.

[3］趙研，龔桂林.輕型門式剛架結構的特點及設計要點[J］.四川建筑，2014，05：142-143.

[4］袁志昊.對門式剛架輕型房屋鋼結構規程的理解[J］.山西建筑，2014，35：56-57.