門式鋼架廠房的設計要點及穩定性探討

劉艷兵

【摘要】門式剛架輕型房屋鋼結構是在國內外廣泛應用的一種建筑結構體系，基于此結構建造的房屋具有眾多優點，可適應不同的氣候，市場應用前景廣泛。鋼結構廠房是目前我國工業生產過程中被廣泛應用的廠房結構形式，尤其門式剛架輕型鋼結構具有質量輕、工業化程度高、施工周期短、抗震性能好、材料可再生利用、施工環境好等特點。文章對門式剛架輕型鋼結構廠房的設計進行了研究分析，以供參考。

【關鍵詞】門式;剛架輕型;鋼結構廠房;設計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.11.023

引言：

門式剛架輕型房屋鋼結構屬輕型鋼結構的一個分支，發展至今無論設計制作、施工標準都有完善的體系及標準可查。門式剛架建造的建筑物具有質量輕、建造周期短、外形美觀、標準化程度高以及綜合成本低等優點。近年來，隨著經濟建設的需求，大量門式剛架輕型鋼結構廠房應用到工程建設中。鋼結構工業廠房施工中的構件類型比較多，且在具體制作過程中極易出現問題，使后續施工質量控制存在一定的難度。工業廠房鋼結構體型大、施工工期短，且施工環境十分復雜。為保障工業廠房結構吊裝工程施工質量并施工安全。

1、門式剛架輕型鋼結構

（1）質量輕。單層門式剛架房屋承重結構用鋼量一般為10～30kg/m2;在相同的跨度和荷載條件下自重約為混凝土結構的1/30～1/20。

（2）工業化程度高，施工周期短。門式剛架結構的主要構件和配件均為工廠制作，質量易于保證，工地安裝方便。除基礎施工外，基本沒有濕作業，現場施工人員的需要量也很少。構件之間的連接多采用高強度螺栓連接。

（3）綜合經濟效益高。門式剛架結構采用了計算機輔助設計，設計周期短;構件采用先進自動化設備制造;原材料的種類較少，易于籌措，便于運輸;對一般規模的工業廠房僅需45天至6個月，而若采用鋼筋混凝土建筑則要8～12個月左右。據統計它與鋼筋混凝土結構相比，可以節省投資25%，當廠房的跨度越大時，其優勢更為明顯。所以剛架結構的工程周期短，資金回報快，貸款利息也將大幅降低，投資效益高。

（4）柱網布置靈活。傳統的結構形式由于受屋面板，墻板尺寸的限制，柱距多為6m，當采用12m柱距時，需設置托架及墻架柱。而門式剛架結構的柱網布置不受模數限制，柱距的大小主要根據使用要求和用鋼量最省的原則來確定。

（5）門式剛架結構夠滿足較多類型廠房建筑設計的要求，跨度最大可達36m，縱向溫度區段長度允許300m，橫向溫度區段長度允許150m，這種結構特別適合用于安裝較長生產線的工業廠房。

（6）門式剛架結構形成的坡屋面下部空間較大，可以作為廠房技術夾層，布置各種管道，充分利用建筑空間，節約投資。

（7）輕鋼結構抗震性能好，由于鋼結構本身具有較好的延性，故能夠充分耗散地震能。另外，輕鋼結構重量輕，地震力很小。設計經驗表明當抗震設防烈度為7度時，一般不需作抗震驗算;當為8度及以上時，橫向剛架和縱向剛架均需作抗震驗算。盡管輕鋼結構廠房有以上眾多優點，但要建設完成一個優質廠房工程還需要參建各方的和諧統一和積極努力。

2、鋼結構設計的穩定性原則

2.1強柱弱梁

在設計鋼結構時，主要分為兩種情況：（1）鋼結構質量好，具有一定的實用性。這時，當水平承載力過大時，梁上就會出現塑性鉸。（2）鋼結構質量差，柱上會出現塑性鉸。為保證梁的承載能力大于柱的承載能力，鋼結構設計時應注意強柱弱梁的原則。這一原理可以增強鋼結構的抗壓能力，提高鋼結構的承載性能，保證其在受到外力作用時能恢復到穩定狀態。因此，設計者應注意分析計算鋼結構的承載力，使塑性鉸出現在梁上。設計人員在選擇計算方法時，必須保證鋼結構的設計方案與計算方法的參考方案一致，從而確定系數的準確性，保證鋼結構的安全穩定。

2.2剪切力調整

如今，人們的生活水平逐漸提高，對建筑美觀的要求也越來越高，所以斜柱在工業廠房中的應用越來越多。斜柱的應用可以使構件具有一定的傾角，形成不對稱的建筑形式，但為保證結構的穩定性，設計者必須設計一定的剪力。在設計鋼結構時，很多設計師直接將斜桿用作斜柱。這種方法雖然不影響鋼結構的設計，但是一旦剪力調整好，就容易出現問題，斜柱不僅要承受水平荷載，還要承受垂直荷載。如果設計者在設計過程中忽略了豎向荷載，就會出現剪力誤差，影響鋼結構的穩定性。設計者應結合工業廠房的實際情況進行相應的剪力設計，以保證剪力調節的靈活性和鋼結構的穩定性。

2.3結構穩定性

與其他建筑結構相比，鋼結構的優勢非常明顯。具有較好的延展性，抗震和抗壓效果好，能承受較大的載荷。鋼結構的特點是很多構件都是在工廠里預先加工好的。雖然質量沒有問題，但為了保證建筑物的穩定性，使用前必須進行質量檢查。鋼結構的設計過程相對復雜。在設計方案之前，設計人員應確保組件的質量沒有問題，然后再將組件應用到設計方案中。目前鋼結構設計主要以平面為主，如鋼結構的框架等，為保證平面結構的穩定性，需要確定結構的豎向承載能力，以滿足要求。設計人員首先要了解當地的實際情況和自然條件，確定荷載系數，保證整體結構的穩定性;其次，要重視結構件的質量，采用科學、規范的設計方法，降低安全事故發生的概率。

3、鋼結構廠房施工主要技術方法

3.1鋼結構廠房施工準備

根據設計圖紙的要求，審查鋼結構廠房的具體尺寸和孔距。實際運行中，節點應嚴格按照1：1標準放行，并作為切割、加工、制造、安裝的標準。依據。在實際加工中，應盡可能節約原材料，以提高加工零件的精度。如果鋼材表面出現彎曲，應使用矯直機進行矯直處理，對H型鋼應特別注意，確保鋼材的垂直度控制在合理的偏差范圍內。

3.2鋼結構廠房

鋼結構加工前，施工人員應首先確定鋼結構的幾何尺寸和具體形狀，以保證鋼結構連接時出現不必要的麻煩。為保證后期維護的方便，在制作型材或鋼板時，應盡可能多地設計和使用接頭，兩個接頭之間的距離應控制在20cm以內。焊接加固時，應嚴格按照現行規范進行標準作業。為保證實際焊接作業的質量，施工人員應提前做好準備，準備好焊接材料和焊接設備，保證焊接設備的性能，并將其放置在更合適的位置。焊條應放置在專門的絕緣桶中，以免受潮。根據焊接受力情況，合理選擇焊接順序和焊接方法。

3.3輕鋼結構廠房鋼構件運輸方式

為保證鋼材加工后的性能滿足實際需要，施工人員應在工廠內完成鋼材的加工生產，并根據施工進度將部分鋼結構運至施工現場.鋼構件的運輸通常由汽車完成。裝載鋼構件時，堆垛層數應控制在3層以內，以免在運輸過程中損壞鋼構件，各層之間應采用掛木支撐。鋼構件裝車后應進行加固，最后用篷布蓋好，順利運至施工現場。

3.4輕鋼結構廠房鋼結構安裝及注意事項

鋼構件運至施工現場后，施工人員應根據工程的施工進度和施工的具體要求，有針對性地進行鋼結構安裝。首先，施工人員應測量出車間的軸線和標高。基礎部分施工完成后，應做好詳細交接工作，確保鋼結構安裝質量符合設計和規范要求。鋼結構安裝前，施工人員應清理建筑物的基礎，按設計標高要求對基礎進行合理調整，達到設計要求后安裝結構柱。然后進行吊裝作業。正式吊裝作業前，應進行試吊作業。在試吊過程中，應檢查吊裝設備的質量，并根據試吊結果確定吊裝方法及相關設備。當結構柱底孔與螺栓保持在同一方向時，起重機操作人員控制吊車將結構柱緩慢下降，使結構柱底孔與螺栓連接，保證牢固性和連接的穩定性。吊裝作業完成后，應再次對結構柱進行測試。如試驗不合格，應盡快合理調整結構柱位置，調整合格后方可開始下一步施工。為有效保證施工質量，施工人員應對鋼架進行維護保養，在非工作過程中緩慢吊起鋼架，并用電纜固定。電纜的數量和位置必須符合現行規范的要求。

3.5輕鋼結構廠房高強度螺栓的安裝

鋼結構廠房在施工過程中，施工人員要注意高強度螺栓的安裝，這將直接對整個鋼結構的安裝質量產生重大影響。因此，必須保證螺栓安裝的質量。安裝螺栓前，應做好準備工作，檢查螺栓的規格、數量和質量。檢驗中如發現螺栓型號或質量不合格，應立即更換。考慮到實際情況，施工人員很容易忽視檢查螺栓孔的位置。安裝前應仔細檢查螺栓孔的位置、尺寸和直徑，確保螺栓安裝質量符合規范要求。安裝螺栓時，還應保證螺栓保持在同一方向，并應在每側安裝一個墊圈。需要說明的是，高強度螺栓不得與普通螺栓混用。螺栓加固時，施工人員應盡快檢查。如果螺栓仍然松動，應立即加固或更換。

4、工業廠房中鋼結構設計的要點

4.1受力設計

應力水平是判斷鋼結構穩定性的重要因素之一。設計者在設計方案時，首先要考慮鋼結構的承載能力，然后再考慮其他問題。鋼結構的設計多以T型或L型為主，主要是為了提高結構的受力能力，減輕鋼結構的自重，起到平衡作用。為保證鋼結構受力更均勻，在設計中盡量采用對稱的方法，防止在某些位置受力過大或過小，造成結構受力不平衡.例如，在設計固定支架時，設計者必須保證支架的穩定性，防止移動;然而，在設計鋼梁框架時，只需要考慮其橫向力和豎向力即可。設計人員需要在設計方案中反映各個構件和結構的應力，以防止失穩的發生。鋼結構的穩定性需要設計方案與實際施工的相互配合。只有在施工過程中嚴格按照設計方案，減少人為失誤，加強細節控制，鋼結構的穩定性才能滿足實際要求。

4.2抗震設計

保證建筑物的抗震性非常重要，特別是在地震高發地區，需要進一步提高建筑物的穩定性。設計方案時，要保證梁板、屋架與屋面板的連接程度，以及結構主體與柱之間的固定方式符合要求，以便提高鋼結構的抗震能力。鋼結構的抗震效果與施工質量和支護方式密切相關。因此，設計人員應認真考慮相關因素，從根本上減少影響抗震效果的因素，保證鋼結構的抗震效果。設計者在設計方案時往往忽視小配件的使用，過多關注結構的荷載力和應力，導致結構抗震效果一般。例如，合理使用鉚釘可以提高結構的穩定性，但在使用時要注意鉚釘的質量和規格。設計人員應注意抗震設計，不應將抗震設計與受力設計混為一談，提高安全意識，確保用戶有良好的體驗。

4.3防腐設計

由于鋼結構構件材料的特殊性，設計人員必須注意防腐設計。鋼結構的腐蝕主要有兩種類型，即電化學腐蝕和化學腐蝕。這兩種腐蝕都會嚴重影響鋼結構的穩定性，因此設計人員必須做好防腐設計。防腐設計主要有兩種方法：1.使用防銹漆，降低鋼結構腐蝕的概率，控制鋼結構的腐蝕程度;2.定期對鋼結構進行檢查、維護和保養，及時發現鋼結構的腐蝕問題，并采取相應措施，采用永久涂裝方式，有效發揮防腐效果。鋼材的質量也是造成鋼結構腐蝕的原因之一。因此，設計人員應提前做好對鋼材腐蝕效果的調查，綜合考慮施工現場的實際天氣情況，選擇合適的防腐方法。鋼材進場后，管理人員應做好質量檢驗工作，避免因鋼材質量問題而腐蝕，影響結構的穩定性。

4.4注意鋼結構的詳細設計

詳細設計是決定鋼結構質量的重要因素之一。科學的加工方法可以提高鋼結構的整體水平，保證鋼結構中關鍵點的安全穩定。設計者應根據實際結構選擇合適的連接方式，避免連接部位因受力大而產生彎曲現象，影響整體結構的美觀性和穩定性，造成結構存在安全隱患.因此，設計人員必須注意鋼結構的詳細設計，尤其是螺栓的使用和接頭的焊接工藝。要開展重點檢查，認真分析數據和相關系數，確保關節安全。為保證細節的處理符合相關要求，在鋼結構設計前，設計者必須分析節點的形式，確定節點的連接方式。在實際設計中，很容易出現結構細節設計與模型分析存在差異甚至完全不同的情況，嚴重影響鋼結構的穩定性。因此，設計人員必須仔細檢查以防止這種情況發生。

4.5防火設計

對于防火設計，設計師可以從耐火材料和防火涂料兩個方面入手。設計人員應根據工業廠房的防火要求、防火等級和防火類型進行設計。在防火材料的選擇上，應選用硬質材料，并在節點上涂抹防火材料，以提高節點的防火效果，保證鋼結構的防火效果符合要求。在鋼材的選擇上，設計師一定要了解市場和生產廠家，選擇質優價廉的產品，對產品質量進行檢驗，確保符合防火要求。如果鋼材的耐火性不是特別好，可以選擇耐火材料。鋼結構中的吊頂是最容易引起火災的位置。設計者不僅要對壓型板進行防火處理，還要做好防腐工作，降低火災概率。消防設計完成后，要結合當地的消防標準，確認消防設計是否符合要求，保證鋼結構的整體消防水平。

5、安全技術策略

由于工業廠房鋼結構施工的復雜性，在施工過程中必須保證安全，否則安全事故的發生率會增加。因此，有關人員應做好鋼結構吊裝施工的安全技術管理工作。具體可以從以下五個方面入手。（1）頂梁組裝后，將安全鋼絲繩固定在頂梁上，防止安全事故的發生。（2）第一根屋梁完成后，用麻繩和索風繩固定，然后進行下一步施工。（3）在施工過程中，還需要做好梁腹板高度的管理，用螺栓固定頂梁，同時可以用角鋼制作的吊籃用于掛扣，一側螺栓擰緊后，讓2名施工人員抬起屋梁換面，另一面掛扣開始施工。施工過程中，施工人員應全程在防護鋼絲繩或頂梁上使用安全帶，不得直接系在吊籃上。（4）在拉、吊過程中，應觀察綁扎的牢固程度。上面的施工人員抓住檁條放在屋梁上后，地勤人員就可以松開繩索了。此外，可使用5～6m竹梯跨越4排檁條，避免檁條變形。同時，應注意防止滑倒。當一組支撐桿安裝完成后，需要將頂梁撤出，將主體橫向移動，然后進行施工工作。（5）鋼柱垂直度的校正。用兩臺經緯儀同時觀察立柱的縱橫兩個軸。在調整過程中，可以使用千斤頂。如果鋼柱軸線觀察無誤，固定柱腳并緊固螺栓。安裝工作完成后，需要對鋼柱樓板下的孔隙進行灌漿填充。然后，檢查海拔和垂直度。如果標高和垂直度的偏差不符合設計規范的要求，應及時調整，以免對下道工序的安裝精度產生不良影響。

結語：

在建筑行業不斷發展的今天，鋼結構仍然是高層建筑中最常用的施工技術，不僅空間跨度大，安全便捷，而且抗震性高，施工周期短，能為建筑企業創造更多的經濟價值。在鋼結構穩定性的設計中，設計人員要根據工程的實際要求，對鋼結構進行全面的分析，采用合適的計算方法進行設計。在防火防震設計和細節的處理方面要更加細心，在材料的選擇上要注意質量檢測，從根本上提高建筑物的穩定性，為用戶帶來更牢固的居住場所和更好的生活體驗，為建筑工程的可持續發展做出更多的貢獻。工業廠房鋼結構吊裝工程施工存在一定的難度，其施工質量直接關系到工程效益，因此，為保障工業廠房鋼結構吊裝工程施工質量與施工需求相符，在實際施工中應根據實際情況，制訂科學合理的施工方案，并考慮多方面的因素，如質量、效益等，相關人員應做好施工安全管理工作，為保障工業廠房鋼結構施工的安全施工奠定基礎。

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