单层轻型门式刚架结构设计要点

摘要：近些年来，门式刚架结构由于施工方便、经济实惠等优势，得到广泛应用。本篇文章探讨了单层轻型门式刚架结构的特点，系统地论述了整个结构体系的布置、各构件的设计关键点以及设计中需要考虑的一些方面。

关键词：单层轻型门式刚架结构;设计;要点

前言：

总的来说，中国的钢结构住宅起步较晚，自1978年以来，一些低层和多层钢结构建筑从国外进口，让我们有机会从中学习。大规模研发钢结构住宅的开发、设计、制造、安装等仍处于起步阶段，近些年来刚刚发展起来。它是近年来才发展起来的。就目前而言，已在北京、天津、上海、广州和深圳开展了低风险、多层和高层钢结构的试点项目。而且已建成数十万平方米，说明钢结构住宅有着较好的发展前景。单层轻型门式刚架结构是指以H型焊接钢、H型热轧钢或冷型薄壁钢为主要承重框架的实腹式门式刚架或网架结构，钢结构采用轻型门式刚架結构。刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢做檩条、墙梁;以压型金属板做屋面、墙面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋建筑结构体系。

1、单层轻型门式刚架结构特点

1.1质量轻

壳体结构由金属板、玻璃棉和冷成型薄壁钢组成。屋顶和墙壁都很轻。据统计，单层洞口承重结构用钢量一般为10kg/m2～30kg/m2。在一样的延伸和荷载作用下，结构自重仅为钢筋混凝土结构的1/20～1/30左右。由于结构轻巧，地基体积小，地基处理费用低。而且，在一致的地震烈度下，结构的地震反应较小，但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可以成为单层轻型门式结构的控制荷载。

1.2门式刚架结构工业化程度高，施工周期短

主要零部件和附件大部分在工厂制造，质量有保障，现场安装较为方便;在基础设施之外，基本无湿作业;高强度螺钉主要用于组件之间的连接，能够以较快的速度进行安装[1]。

1.3综合经济效益高

门式刚性框架结构一般借助计算机辅助设计，得到的综合经济效益相对较高，设计周期也相对短。原材料的类型也比较单一。组件方面是借助先进的自动化设备制造的。因此，门式刚性架的设计周期不长，资金收益快，投资效果高。

1.4柱网布置相对灵活

以往的钢筋混凝土结构，由于受屋面和墙板尺寸的影响，间距一般为6m。如果选择12m的分割距离，则必须设置支架和墙线。门锁保护系统采用金属压板，立柱网络配置不受模块影响，立柱间距主要根据应用要求和最小用钢量原则确定。

2、设计中的关键点

第一、，因为门式刚架结构的刚度和结构构件的扭转较小，并且整体刚度不强，因此在运输和组装过程中，必须采取一些的手段，来防止构件弯曲和变形[2]。

第二、注意支撑系统和角撑的布置，以及屋面板、墙板和构件之间的连接结构，以便它们能够参与结构的整体工作。

第三、构成构件的构件较薄，设计中应考虑制造、安装和运输的要求。

3、结构形式及结构布置

3.1结构形式

门式刚架结构形式按跨度分为单跨、双跨、多跨，按屋脊数分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜为1/20～1/8。无桥机房屋采用单脊、双坡、多跨刚架时，刚架柱不是特别高，风荷载不是很大时，根据“集中用料”的原则，中间柱宜采用两端铰接的摆动柱方案。门式刚架柱脚多采用铰接设计。在工业厂房中使用时，有桥式起重机时，柱脚应设计为刚性连接。门式刚架可配置起重能力不大于3t的悬挂式起重机和起重能力不大于20t的轻型、中型工作单梁或双梁桥式起重机[3]。

3.2结构布局

3.2.1建筑尺寸及刚架布置

门式刚架的设计跨度应为9～36m。当列宽不同时，外侧应齐整。高度应根据使用所需的室内净高确定，以4.5～9m较适合。门式刚架合理间距应综合考虑框架跨度度、荷载条件、使用要求和其他因素，一般为6m、7.5m、9m。纵向温度区小于300m，横向温度区该路段小于150米。

3.2.2檩条和墙梁的布置

檩条间距应综合考虑天窗、通风脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素，根据计算确定。一般应等间距布置，但应在屋脊处沿屋脊两侧布置一个，在天沟附近布置一个。侧墙梁的布置应考虑门窗、飞檐、雨篷等构件的设置及围护材料的要求。

3.2.3支架和刚性拉杆的布置

第一、在每个温度段或分期施工段，应分别设置能独立形成空间稳定结构的支撑系统。在有柱支撑的隔间内，应同时设置屋顶横向支撑，以形成几何不变系统。

第二、 端部支架应设置在温度段末端的第一个或第二个托架中。柱间支撑间距根据房屋纵向应力和安装条件确定，一般为30m～45m。当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置;当房屋宽度大于60m时，应适当支撑内柱。当端部支架设置在端部的第二个隔间时，应在第一个隔间的相应位置设置刚性拉杆。

第三、在刚架转折点（多跨刚架边柱顶、屋脊、中柱顶）沿房屋全长设置刚性拉筋。

第四、对于由支撑斜杆组成的水平桁架，直腹杆应视为刚性系杆。刚性拉杆可用檩条制成。此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚度要求。当不符合要求时，可在刚架斜梁之间设置钢管、H型钢或其他截面构件。

4、刚架设计

4.1荷载和荷载组合

4.1.1永久荷载

永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋顶、檩条、支架、天花板、墙体构件和刚架的自重。

4.1.2可变荷载

可变荷载包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和维护的集中荷载，其标准值为1kn）、屋面雪荷载和灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。

根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合。控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接、梁端、梁跨中截面。

结语：

目前，随着我国建筑业的快速发展，出现了多种新的结构形式，它广泛应用于建筑工程中。为了更好的发挥其结构优势，在设计工作中必须合理分析其设计要点搞好设计优化，确保设计质量，提高结构稳定性，降低建筑成本，更好地应用于中国建筑业促进中国建筑业的发展。

参考文献：

[1]栾昱祯.门式刚架轻型房屋钢结构设计要点[J].工程技术研究，2020，5（10）：214-215.DOI：10.19537/j.cnki.2096-2789.2020.10.099.

[2]惠晓飞.分析单层轻型门式刚架厂房结构设计[J].居业，2020（05）：21-22.

作者简介：刘思，（1981-），女，汉，北京，本科，结构设计人员，高级工程师。