摘要：近年來，輕型門式剛架房屋結(jié)構(gòu)在我國得到了迅速發(fā)展。通過對門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié)，針對門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的關(guān)于結(jié)構(gòu)形式、節(jié)點設(shè)計、檁條、支撐等若干方面的問題進行了論述、探討。
　　關(guān)鍵詞：門式剛架；輕鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)形式；節(jié)點；檁條；支撐
　　
　　1引言
　　輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系是近年來發(fā)展起來的新型結(jié)構(gòu)體系,是指以H型鋼截面門式剛架為主的橫向承重結(jié)構(gòu)和縱向由冷彎成型的檁條、墻梁、墻柱、屋面板、墻板及各支撐體系等組成的輕鋼建筑物。這類結(jié)構(gòu)體系質(zhì)量輕，機械化程度高，施工周期短，綜合經(jīng)濟效益高，柱網(wǎng)布置比較靈活。
　　2整體設(shè)計
　　無論是由剛架和屋面板及檁條連接成的屋蓋結(jié)構(gòu)，還是由柱和吊車梁連接成的縱向結(jié)構(gòu)，都是通過支撐系統(tǒng)形成幾何不變體系。因此,門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計首先要注意結(jié)構(gòu)體系的完整性，力求受力及傳力途徑清晰可靠。在實際工程中，設(shè)計人員應(yīng)該首先考慮結(jié)構(gòu)的整體剛度、構(gòu)件的穩(wěn)定性，而對結(jié)構(gòu)強度的關(guān)心則相對次要。當結(jié)構(gòu)縱向較薄弱時，為保證傳力途徑不被破壞，需要適當增加剛性系桿和支撐。門式剛架結(jié)構(gòu)作為鋼結(jié)構(gòu)中特殊的一類，一般受力小、跨度大，其構(gòu)件尺寸比普通鋼結(jié)構(gòu)更小，結(jié)構(gòu)的剛度、變形及平面外穩(wěn)定性常常成為控制性的因素。
　　3結(jié)構(gòu)形式
　　門式剛架的結(jié)構(gòu)形式按跨度可以分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數(shù)可分為單脊單坡、單脊雙坡和多脊多坡。《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中推薦使用單脊雙坡門式剛架，而不推薦多脊多坡門式剛架。這是因為在其他條件都相同的情況下，屋脊兩側(cè)各需要一根檁條，內(nèi)天溝兩側(cè)也各需要一根檁條，從而多一個屋脊就需要多一根檁條，多一個內(nèi)天溝也需要多一根檁條。這樣就會增加檁條的用鋼量以及落水管等附加設(shè)施的材料用量，內(nèi)天溝處也會因為堆雪等而加大荷載。具體形式見圖1。此外，對于單脊雙坡多跨屋架，當用于無橋式吊車的房屋時，如果剛架柱不是特別高且風(fēng)荷載也不是特別大，依據(jù)“材料集中使用的原則”，中柱宜兩端鉸接的搖擺柱方案。

　　（a）多脊多坡（b）單脊雙坡
　　圖1屋面形式
　　4節(jié)點設(shè)計
　　4.1柱腳
　　柱腳根據(jù)能否抵抗彎矩分為剛接柱腳或鉸接柱腳。在實際工程中，不存在絕對剛接或絕對鉸接。鉸接一般用于不帶吊車的廠房、倉庫以及柱上端水平位移不大的剛架中，對于有吊車以及檐口高度較高、風(fēng)載等其他水平荷載較大的情況下宜用剛接。柱腳鉸接時通長為平板式支座，設(shè)置為一對或兩對地腳螺栓。柱腳剛接時有兩種型式：即帶加勁肋的剛接柱腳和帶靴梁的剛接柱腳。
　　柱腳形式的選擇還要考慮土質(zhì)情況及基礎(chǔ)造價。當采用剛接柱腳時，基礎(chǔ)承受較大的偏心彎矩，基礎(chǔ)平面尺寸和造價較采用鉸接柱腳的基礎(chǔ)要大，土質(zhì)情況差的時候，相差會更大。
　　因此，選用何種柱腳形式要根據(jù)房屋的高度、風(fēng)載大小、有無吊車、吊車的噸位和工作情況及土質(zhì)情況綜合考慮。
　　4.2梁柱連接節(jié)點
　　門式剛架斜梁與柱的連接，可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式。端板豎放適用于局部等截面柱。當豎向荷載起控制作用時，將端板橫放可減少節(jié)點的設(shè)計剪力，同時柱能在安裝時起到臨時支座作用。如果節(jié)點彎矩很大，可采用端板斜放形式，加長抗彎連接的力臂，有利于布置螺栓，但此時對加工精度要求較高，且應(yīng)注意安裝空間的問題。端板拼接連接形式有外伸式和平齊式兩種情況，端板外伸式節(jié)點受力合理，承載力高于平齊式節(jié)點，因此應(yīng)盡量采取外伸式端板連接，同時應(yīng)在結(jié)點板外伸部分設(shè)置加勁肋，使靠近受拉翼緣兩側(cè)的螺栓受力均勻，接近一致，提高節(jié)點的抗剪能力，有效減少節(jié)點板的變形。
　　中柱與梁的連接一般可采用鉸接處理，但當跨中反彎矩很大或需控制水平位移時此處可設(shè)計為剛接。將端板平放與梁的下翼緣連接，受力合理，也便于加工安裝。
　　5支撐和剛性系桿設(shè)計
　　支撐體系在門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)具有十分重要的作用,主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　（1）將各個平面剛架連接組成具有空間剛度和穩(wěn)定性的整體結(jié)構(gòu)；
　　（2）為結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的平面外整體穩(wěn)定提供側(cè)向支撐點,減少平面外的計算長度；
　　（3）明確合理、簡捷的傳遞風(fēng)力，溫度應(yīng)力、地震力及吊車縱向水平剎車力等縱向荷載。
　　5.1屋蓋和柱間支撐
　　屋蓋和柱間支撐布置時應(yīng)該保證能形成完整的傳力路線。
　　（1）屋面橫向水平支撐和柱間支撐布置在同一跨內(nèi)以形成獨立的空間支撐體系；
　　（2）屋蓋橫向支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段端部的第一個或第二個開間。當端部支撐設(shè)在第二個開間時，在第一個開間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)剛性系桿，使山墻的風(fēng)荷載等水平力可靠傳遞；
　　（3）屋面支撐的布置應(yīng)與山墻抗風(fēng)柱的位置相協(xié)調(diào)，使抗風(fēng)柱的柱頂反力直接傳到屋面橫向支撐的節(jié)點上。
　　（4）門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的支撐,可采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐；當設(shè)有起重量不小于5t的橋式吊車時，柱間支撐宜采用型鋼支撐。
　　5.2隅撐
　　隅撐雖小是用來保證鋼梁下翼緣和鋼柱內(nèi)側(cè)翼緣受壓穩(wěn)定的重要措施。當實腹式剛架梁的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣側(cè)面布置隅撐作為斜梁的側(cè)向支撐，隅撐的另一端連接在檁條上。隅撐應(yīng)按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計。一般屋面每兩個檁距設(shè)一道隅撐，但在梁柱連接點附近受力較大處建議增設(shè)一道隅撐，墻架在靠近剛架柱、梁節(jié)點處設(shè)一道隅撐。
　　5.3剛性系桿
　　剛性系桿可由檁條兼作，此時檁條應(yīng)滿足壓彎構(gòu)件的承載力和剛度要求，當不滿足時可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H型鋼或其他截面形式的桿件。在剛架的轉(zhuǎn)折處(邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂)應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿。縱向通長剛性系桿使各道屋面支撐或柱間支撐連成整體，以共同承擔水平力。,
　　6拉條設(shè)計
　　拉條不宜設(shè)在C型檁條中心線處，這樣的設(shè)置對檁條上下翼緣的平面外穩(wěn)定作用效果均不大，在計算時均不能計入其有利作用，拉條的位置應(yīng)盡量設(shè)在離上（下）翼緣附近處適當布置。拉條與檁條連接的位置《規(guī)程》第6.3.6條中規(guī)定當采用圓鋼做拉條時，可設(shè)在距檁條上翼緣1/3腹板高度的范圍內(nèi)。
　　7檁條設(shè)計
　　輕型門式剛架的檁條構(gòu)件可以采用C形冷彎卷邊槽鋼和帶斜卷邊或直卷邊的冷彎薄壁型鋼。Z形檁條受力性能稍好，但制作和安裝麻煩,適用于屋面坡度較大的情況。檁條間距的確定應(yīng)綜合考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規(guī)格等因素按計算確定，一般應(yīng)等間距布置，但在屋脊處應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各200范圍內(nèi)布置1道，在天溝附近布置1道。為獲得經(jīng)濟效益，一般推薦采用連續(xù)檁條。在外荷載作用下，檁條同時產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)的共同作用，一般應(yīng)按雙向受彎構(gòu)件計算其強度和穩(wěn)定性。拉條和支撐是保證冷彎薄壁型鋼檁條穩(wěn)定性的重要保障。當檁條跨度＞4m時，宜在跨中設(shè)置一道拉條；當檁條跨度＞6m，<12m時，應(yīng)在跨間三分點處各設(shè)置一道拉條。當檁條跨度為>12m時，根據(jù)實際情況增設(shè)，一般的做法是采用拉條和撐桿從檐口一端起，連接每一根檁條直到另一端，并在斜拉條間設(shè)撐桿。
　　另外當柱矩較大時，檁條的整體穩(wěn)定就很難保證，往往我們的設(shè)計人員采用加大再加大截面的做法，檁條在整個結(jié)構(gòu)中用鋼量所占的比例就會提高。一般情況下，為了節(jié)約用鋼量，減少投資，大跨度檁條可設(shè)計為蜂窩梁；采用連續(xù)檁條也是一種可行的辦法，研究表明檁條跨度為6m以上時，采用連續(xù)檁條要比簡支檁條節(jié)約將近10%的檁條用鋼量，并且隨著檁條跨度的增加，這種經(jīng)濟性越來越明顯。因此相對于簡支檁條來說，采用連續(xù)檁條可以在滿足相同剛度的條件下，使材料得到更充分的利用，用鋼量更省，從而降低鋼結(jié)構(gòu)的造價。但是采用連續(xù)檁條加工時一定要注意采用大小頭的加工方式，否則現(xiàn)場安裝困難。
　　8結(jié)語
　　門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，技術(shù)日趨成熟，但需要完善和研究的問題仍較多。在門式剛架輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計時，鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點、構(gòu)件的整體穩(wěn)定是確保門式剛架安全的關(guān)鍵。門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)除主剛架強度和穩(wěn)定計算外,支撐體系的布置非常重要。在設(shè)計時，應(yīng)首先學(xué)習(xí)和理解規(guī)范的條文內(nèi)容，建立清晰的結(jié)構(gòu)概念，總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗，注重整體分析，根據(jù)具體的工程情況合理的選取柱距，合理的設(shè)計構(gòu)造措施。只有遵循以上原則，才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計既經(jīng)濟合理，又安全可靠。
　　
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