探討門式鋼架結構工業廠房結構設計

何冀明

（廣寧縣建筑設計室，廣東 肇慶 526040）

1 門式鋼架結構平面布置

1.1 溫度區段長度

在門式鋼架輕型鋼結構的廠房中，通常選擇壓型鋼板作為屋面、外墻，因此在設計溫度區段的長度即伸縮縫間距時，應適當放寬其距離。通常在進行門式鋼架輕型鋼結構廠房的設計時，其縱向的伸縮縫距離應小于300m，橫向的伸縮縫間距則應小于150m。并且在進行伸縮縫的設置時，可選擇長圓孔用在搭接檁條螺栓的連接處。處于該位置的屋面板其構造上應可脹縮，也可進行雙柱的設置，還可在柱和吊車梁相連接的地方按照縱向方向使用長圓孔。

1.2 結構構件布置

在多跨鋼架中將局部的邊柱、中間柱抽掉，此時可進行托架、架梁的布置。在進行屋面檁條的布置時，應對天窗、采光帶、屋脊和屋面的材料，以及檁條自身的各項參數等進行綜合考慮。并且檁條的間距、屋面的荷載受屋面的壓型鋼板版型與厚度的影響，因此應進行相應的計算，并保障計算結果的準確性。可將抗風柱、墻梁、斜梁等設置在山墻處，也可選擇門式鋼架。

1.3 墻架布置

在進行門式鋼架輕型鋼結構中側墻的設計時，可選擇壓型鋼板作為圍護面。在剛架柱外側進行墻梁的布置，并結合墻板的版型、規格確定墻梁的間距，但該間距應小于計算結果。抗震的設防烈度小于Ⅵ度時，則可選擇輕質鋼板墻、砌體作為房屋外墻。而當抗震設防烈度在Ⅶ度、Ⅷ度時，則應避免選擇嵌砌砌體。而當抗震設防烈度為Ⅸ度時，則可選擇輕質的鋼板墻、和柱進行柔性相連的輕質墻板。

1.4 支撐布置

在門式鋼架輕型鋼結構中，通常需要較多的支撐結構，從而使整體結構的穩定性得到保障，并且保障局部的穩定性，使力可以有效傳遞。通常將橫向的水平支撐設置在橫梁的頂面位置，將柱間支撐設置在鋼架的柱間位置。并且每個分期建設渠段都應進行支撐體系的設置，從而保障獨立空間結構的穩定性。并且結合建筑縱向的柱距、安裝條件和受力條件等進行柱間支撐間距的確定，施工現場不具有吊車時，間距應控制在30～45m 之間。若施工現場具有吊車，則應設置在溫度區段的中間位置。當溫度區段過長時則應設置在三分點處，并且將間距控制在60m 之內。廠房具有較大的高度時，設置柱間的支撐時可分層。在進行柱間支撐開間的設置時，應將屋蓋的橫向支撐進行同時的設置，從而構成幾何的不變體系。在該結構中若選擇壓型鋼板作為屋面和墻面，則橫梁位置應避免設置縱向的水平支撐與橫向的水平支撐，并且在剛架柱間也應避免設置柱間支撐。

2 檁條、拉條、撐桿設計

2.1 檁條設計

研究發現，檁條呈雙向受彎的特點。因此，內力分析過程中，就需要對截面主軸方向的彎矩科學計算。設計實踐中，檁條的強度計算、變形計算等都是必須要進行的工作。同時，在輕型門式鋼架結構中，采用的是冷彎薄壁式檁條，那么受壓板件就具有較大的寬厚比，受到荷載作用下，會出現彎曲。針對這種情況，強度計算過程中，需要將有效寬度運用過來，適當減弱原有截面。同時，利用凈斷面進行強度計算，將釘孔減弱納入考慮范圍。一般情況下，會出現15%以內的減弱，在較大程度上影響小截面窄翼緣的梁。利用全截面分析鋼架，實踐表明，如果沒有利用凈截面來計算強度，那么計算值就會低于實際應力。在設計過程中，需要充分明確檁條的功能，其除了對屋面板進行支撐之外，還需要支撐鋼架梁柱，因此，就需要對隅撐數量合理控制，縮短鋼架平面外的計算長度，這樣鋼架平面外的穩定性也可以得到顯著增強。

2.2 拉條設置

一般情況下，檁條的側向剛度決定著檁條拉條的設置與否。如果輕型H 型鋼具有較大的側向剛度，那么就不需要對隅撐進行設置。而檁條如果具有較差的側向剛度，則需要將拉條設置于檁條間，將側向支撐的作用發揮出來，促使檁條安裝使用過程中出現的側向變形、扭轉問題得到控制，整體穩定性得到增強。在具體設計實踐中，檁條跨度如果在4m 以內，需要經過科學的計算，判斷拉條設置是否。如果檁條跨度在4m 以上，則需要將一道拉條設置于檁條跨中位置；如果檁條跨度在6m 以上，則需要經拉條分別設置于檁條跨度三分點處，同時要將斜拉條、撐桿等設置于檐口處。按照8～10mm 的標準，嚴格控制拉條直徑，需要將荷載、檁條大小等因素納入考慮范圍。

圖1 拉條設計

2.3 撐桿設置

通過設置撐桿，可以對檐檁向上、向下的側向彎曲有效控制。要按照規范標準，科學控制撐桿的長細比，制作材料一般選擇的是鋼管、方管、角鋼等。現階段，在部分工程中，也會將拉條設置于鋼管內，同時，要將斜拉條設置于撐桿處。

3 合理確定屋面支撐與柱間支撐

3.1 屋面支撐

研究發現，屋面支撐一般不會受到較大的力，要緊密結合容許長細比，合理選擇桿件截面，結合拉桿，科學設計交叉斜桿和柔性斜桿。依據工程實際情況，可以將單角鋼應用過來。要按照壓桿，合理設計非交叉斜桿、弦桿以及豎桿，將雙角鋼運用過來。如果輕型門式鋼架結構具有較大的跨度和高度，容易受到較大的風壓作用，則需要結合內力計算結果，合理確定桿件截面。在支撐桿件內力的計算過程中，可以進行科學假設，僅僅受到水平荷載作用，且壓桿不再發揮功能，拉桿獨自受力。

3.2 柱間支撐

一般情況下，可以從上層支撐和下層支撐兩個方面來劃分廠房柱間支撐。在計算上層支撐時，溫度應力會直接受到支撐剛度的影響，因此，就需要依據柔性拉桿來合理計算支撐腹桿。如果工程使用較小的吊車，通常利用圓鋼來制作下層支撐。如果采用較大的吊車，則利用角鋼和槽鋼來制作下層支撐。為了促使廠房縱向剛度得到保證，需要依據拉桿來合理設計交叉斜桿。

4 合理設計隅撐

通過設置隅撐，可以避免有失穩現象出現于梁的下翼緣和柱的內側翼緣之間。其中，鋼架斜梁受力變化是隅撐設置的主要原因。受荷載的作用，通常壓力作用于梁的上翼緣，通過連接檁條和鋼梁，可以有效穩定梁上翼緣。但是，受到風吸力荷載的作用，就無法有效保證下翼緣的穩定性。因此，就需要將隅撐加設于梁的下翼緣，以便發揮支撐作用。

5 門式鋼架構件設計

5.1 剛架設計

（1）內力計算。在進行門式鋼架輕型鋼結構的內力計算時，可通過彈性分析法進行。若采用塑性分析法，則鋼架的梁柱應全為等截面，并且在分析內力時，應將鋼架作為平面結構，避免進行蒙皮效應的考慮，而是當做安全儲備。通常在確定該結構的內力時，可在計算機上通過桿系單元有限元法進行程序的編制。，并且將變截面中梁與柱等分成若干段進行計算，將幾何特性作為敞亮，或應用楔形單元。通過底部剪力法進行地震作用效應的分析，可選擇位移法、力法等結構力學進行人工計算的核對校正。

（2）側移計算。通過彈性分析法進行變截面門式鋼架輕型鋼結構中柱頂側移的分析，并對荷載去標準值進行后續的計算，無須對荷載的分項系數進行考慮。可通過計算機計算側移和分析內力，按照《規程》中的簡化公式，在進行構件截面的初選時估算側移剛度，有利于避免缺乏剛度導致構件截面的調整。

5.2 墻梁設計

墻梁的截面形式墻梁一般采用冷彎卷邊槽鋼，有時也可采用卷邊z 形鋼。墻梁在其自重、墻體材料和水平風荷載作用下，也是雙向受彎構件。墻板常做成落地式并與基礎相連，墻板的重力直接傳至基礎，故墻梁的最大剛度平面在水平方向。當采用卷邊槽形截面墻梁時，為便于墻梁與剛架柱的連接而把槽口向上放置，單窗框下沿的墻梁則需槽口向下放置。墻梁應盡量等間距設置，在墻面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿處應設置一道墻梁。為了減少豎向荷載產生的效應，減少墻梁的豎向撓度，可在墻梁上設置拉條，并在最上層墻梁處設斜拉條將拉力傳至剛架柱，設置原則和檁條相同。墻梁可根據柱距的大小做成跨越一個柱距的簡支梁或兩個柱距的連續梁，前者運輸方便、節點構造相對簡單，后者受力合理、節省材料。

6 結語

隨著時代的不斷進步和我國現代化建設的不斷開展，在一定程度上提高了國民經濟水平。為滿足新時期人們的新需求，建筑的規模逐漸擴大，其中在進行工業廠房的設計時，較為常見的形式便是門式鋼架輕型鋼結構。該結構用鋼量相對較小，整體質量相對較輕，并且在保障廠房整體質量的同時，造價相對較低，因此得到較為廣泛的應用。為切實保障工業廠房的質量和使用壽命，并使其使用功能可以正常發揮，應充分保障結構設計的合理性。并且對支撐系統、結構布置等進行綜合考慮，完善其中存在的細節問題，從而提高該廠房結構設計的穩定性、安全性、可行性與經濟性。