地震作用下門式剛架輕型房屋鋼結構的設計探析

摘 要：為了進一步提升工程質量，相關部門出臺了明確的規范，各企業需要做好地震作用下門式剛架輕型房屋鋼結構的設計工作。本文根據以往工作經驗，對門式鋼架輕型房屋鋼結構設計的優勢進行總結，并從單層門式剛架廠房、帶吊車的單層門式剛架廠房、帶夾層的門式剛架廠房、四周為磚墻圍護的單層門式剛架廠房四方面，論述了地震作用對門式剛架的影響分析。

關鍵詞：門式剛架；輕型房屋；鋼結構

前言：根據《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》內容，在抗震地區的房屋設計上，其門式剛架輕型房屋鋼結構需要與現行的國家標準相符。而且在具體工程項目開展過程中，主要以薄壁性剛檁條墻架量和輕質高強屋面以及墻體材料的使用為主，無法在等級較高的地震之中保持穩定狀態。因此，人們需要對地震作用對門式剛架的影響突顯出來，從而做到鋼結構的針對性設計。

1.門式鋼架輕型房屋鋼結構設計的優勢

從上世紀八十年代開始，我國便開始對門式剛架輕型房屋鋼結構進行應用，經歷了幾十年的完善之后，已經成為我國房屋建筑中的重要建設形式之一。站在結構設計角度來說，該種類型的房屋設計主要以H型鋼的應用為主，進而組成新型門式剛架承重組織，并在實際應用過程中取得很好的應用效果。由于門式剛架輕型房屋結構在布置過程中具有較強的靈活性，在柱網設計上也不會受到構建模數所限，再加上門式剛架輕型房屋在拆卸時也比較方便，便于二次回收和利用，還能盡可能縮短工程的建設周期。另外，鋼結構的應用有利于降低能源消耗，確保周圍環境不會受到嚴重影響，并且在應用過程中可以展示出極高的經濟效益，為企業未來發展奠定良好基礎。

2.地震作用對門式剛架的影響分析

2.1單層門式剛架廠房

在單層門剛架廠房研究過程中，工作人員需要做好相關廠房荷載參數的列舉工作。但在具體的柱頂側移影響因素考慮過程中，需要做好風載工況以及地震工況的組合工作。另外，在該結構分析過程中，結構幾何參數并不會出現太多變化。相關規定顯示，各種類型的單層門式剛架廠房的柱頂位移限制十分明確，即H/60，H代表結構檐口的高度值。整體來看，結構側移過程中所受到的地震作用要大于風荷載，當主體建筑結構加高之后，風荷載也會開始漸漸控制工況，整體結構側移中所受到的地震作用影響可以滿足主體控制需求。站在單層門式剛架廠房計算角度來說，隨著建設高度的不斷提升，風載荷也會越來越大，此時地震作用將會降低，此時人們可以不必對地震作用的組合情況進行計算。在具體單層門式剛架廠房的結構維護上，主要是利用摩擦面的處理以及高強度螺栓連接來實現，在達到設計標準的同時，避免廠房受到地震的影響[1]。

2.2帶吊車的單層門式剛架廠房

在該項研究開展之前，工作人員需要做好廠房荷載參數的確定工作，進而計算出組合工況以及地震作用對廠房柱頂位移的影響程度。該種結構的分析，需要對整個結構的幾何參數進行調整，使其與結構設計要求相符。如果是同一種的結構計算幾何參與以及荷載參數計算，具體周期數值將會保持一定，隨著地震力的持續提升，整體結構的側移數也會出現增加趨勢，此時，牛腿處的側移和柱頂側移量的變化趨勢會保持同步。由于計算過程并沒有對結構參數條件進行改變，隨著地震力的持續提升，結構側移量并不會超過規定數值，但在整個地震作用以及組合工況之中，僅僅能夠做到結構側移的控制，無法將結構強度控制情況突顯出來。隨著建筑結構高度的提升，風荷載組合會提升對牛腿處側移的影響，但此時地震作用組合的影響力度幾乎保持不變，出現這種情況的主要原因如下：由于結構高度的變化，結構周期也會與以往不同，自身的自重量也會有所增加。為了確保整個建筑的穩定性，人們需要將應力比控制在0.61到0.69之間，以此來保持單層門式剛架廠房的穩定性。

2.3帶夾層的門式剛架廠房

該種設計形式與多層結構明顯不同，更與一般的單層門式剛架工業廠房存在很多區別。最常見的便是在單層門式剛架工業廠房局部設計改成二層或者是多層辦公室設計，為了方便相關工作的開展，經常與單層門式剛架工業廠房一起進行建設。一般來說，整個建設工作的主體為框架結構，上部為門式剛架結構，而且部門應用一種規范或者是設計規程來開展相關工作。站在混合結構角度來說，下部結構可以根據多層結構做到規范性設計，而上部則是以剛架規程設計為主。由于夾層結構之中的恒載以及活載內容遠遠大于門式剛架。因此，在地震的作用下，期中的組合模式也會以設計控制工況為主。在結構分析過程中，工作人員可以根據具體的廠房結構以及高度對幾何參數進行結構調整，進而與最終的設計要求相符。另外，在結構夾層設計上，其主要的結構參數應該以荷載參數為主。另外，在夾層標高的設計上，應該以4.0m為主，在改變結構高度的同時，可以通過具體的風載荷組合分析將夾層主梁處的影響體現出來[2]。

2.4四周為磚墻圍護的單層門式剛架廠房

該種結構類型的同單層門式剛架工業廠房相比，存在很多區別，其四周的輕質彩板維護以及對側移控制相對較松，而且四種為磚墻維護，從而形成主層的嚴格控制。首先，在磚墻以及剛架的不同荷載過程中，屋面風載荷的承受點主要集中在剛架之上，墻面的風載荷承受點則集中在墻體之上，進而對地震作用進行緩解。為了提升整個磚墻的自承重，需要按照砌體結構的設計規范進行內部構造柱以及圈梁設計，最終實現整個鋼結構設計工作的完善。

總結：綜上所述，一般門式剛架需要依據不同使用功能對房屋建筑結構進行全面劃分。另外，在具體劃分過程之中，其單層門式剛架會隨著結構高度的增加而增加，在風載荷得到有效控制之后，地震的影響力也會進一步縮小。其次，在吊車的門式剛架地震作用組合狀態下，對結構側移影響也會大于風載荷，此時人們需要將工作重點放在地震作用對整體結構的影響分析上。

參考文獻

[1]陳盛.安裝屋面光伏板的輕型門式剛架設計及施工要點[J].建材與裝飾，2018（22）：57-58.

[2]段瀟川，王小龍.抽柱門式剛架結構設計要點及對廠房經濟性影響分析[J].武漢勘察設計，2018（02）：38-40.

作者簡介

曹思維（1988—），男，四川自貢人，本科，助理工程師，鋼結構設計方向。

（作者單位：自貢市新四維規劃建筑工程設計有限公司）