摘要：隨著我國彩色鋼板生產(chǎn)技術(shù)的成熟，鋼板產(chǎn)量和質(zhì)量得到了非常大的提高，在此背景下，我國輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用水平也有了新發(fā)展。文中從我國輕型門式剛架結(jié)構(gòu)入手，分析門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及方案的選擇，探討新時(shí)期，我國輕型門式剛架廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：輕型門式 剛架結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)
中圖分類號： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷提高，與此同時(shí)我國鋼結(jié)構(gòu)中央的多樣化、以及鋼產(chǎn)量的不斷提高，為輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用水平和領(lǐng)域不斷深入擴(kuò)展。輕型門式剛架廠房使目前單層工業(yè)廠房中較為常見的其中之一。其主要特點(diǎn)是用造價(jià)低、施工方便易安裝、鋼量少、施工周期短、適用范圍廣,因此在廠房、工業(yè)倉庫、民用建筑以及展覽廳等工業(yè)得到越來越多的發(fā)展及應(yīng)用。為在設(shè)計(jì)過程中對廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)揮其特點(diǎn),降低用鋼量就顯得非常有必要。
一、簡述門式剛架結(jié)構(gòu)
單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)是指：以輕型焊接冷彎薄壁型鋼、熱軋H型鋼(等截面)及H型鋼（等截面或變截面）等構(gòu)成的。其中主要的承重骨架是實(shí)腹式門式剛架以及格構(gòu)式門式剛架。檁條材料采用冷彎薄壁型鋼材;墻面屋頂通常采用壓型鋼板，壓型不銹鋼材料；保溫隔熱材料的一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系主要采用的是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、巖棉、玻璃棉等�，F(xiàn)階段，在建筑工程中柱與梁設(shè)計(jì)所用的一般為H形橫截面設(shè)計(jì)，其中為多跨則一般可采用鋼接以及鉸接混合設(shè)計(jì)，若是單跨剛架則采用鋼接焊接；柱腳同地基接觸點(diǎn)使用鉸接或者是鋼接。圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要使用輕型鋼板材料;保溫隔熱材料使用石棉板。
二、單層門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及體系選擇
（一）檁條、拉條和撐桿設(shè)計(jì)
(1)雙向受彎構(gòu)件包括檁條，應(yīng)沿截面兩個(gè)形心主軸方向進(jìn)行內(nèi)力分析的計(jì)算彎矩。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)檁條進(jìn)行變形、整體穩(wěn)定、強(qiáng)度等的計(jì)算。在對檁條進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于檁應(yīng)是冷彎薄壁構(gòu)件，壓彎板件與受壓板件的寬厚比大，所以在進(jìn)行受力時(shí)會(huì)屈曲，應(yīng)采用強(qiáng)度計(jì)算有效寬度，應(yīng)減少原有的截面。并且要考慮釘孔減弱，用凈斷面計(jì)算強(qiáng)度。此種減少，對小截面窄翼緣的梁影響較大，通常會(huì)達(dá)到6-15。采用全截面對剛架整體進(jìn)行分析，加入不用凈截面計(jì)算強(qiáng)度，則實(shí)際應(yīng)力會(huì)比計(jì)算值高。在對檁條進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要顧及檁條是剛架梁柱隅撐設(shè)置的支撐體，其不只是懸掛墻面板的構(gòu)件與支撐屋面板，并且設(shè)置一定數(shù)量的隅撐有利于確保剛架的平面外整體穩(wěn)定性，還可以將剛架平面外的計(jì)算長度有效減少。（2）拉條的設(shè)置與檁條的側(cè)向鋼度有關(guān)，對于空間桁架式檁條以及側(cè)向鋼度較大的輕型H型鋼一般可不設(shè)拉條。對于側(cè)向鋼度較差的實(shí)腹時(shí)和平面桁架式檁條，為了減小檁條在安裝和使用階段的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)，一般需在檁條間設(shè)置拉條，作為側(cè)向支撐點(diǎn)，來確保其整體穩(wěn)定性。當(dāng)屋面坡度�＞1/10檁條跨度＞4時(shí)，宜在檁條的跨中位置設(shè)置一道拉條;當(dāng)檁條跨度≤4時(shí)，可按計(jì)算要求確定是否需要設(shè)置拉條;當(dāng)跨度>6m時(shí)，宜在檁條跨度三分點(diǎn)處各設(shè)一道拉條或撐竿，在檐口處還應(yīng)設(shè)置斜拉條和撐桿。依據(jù)檁距和荷載大小選用，拉條的徑一般為8-12mm。（3）撐桿的作用主要是限制檐檁和天窗缺口處邊檁向上或向下兩個(gè)方向的側(cè)向彎曲。撐竿的長細(xì)比按壓桿要求λ≤220可采用鋼管、角鋼或方管做成�，F(xiàn)階段也有采用鋼管內(nèi)設(shè)拉條的做法。撐竿處應(yīng)同時(shí)設(shè)置斜拉條。
（二）結(jié)構(gòu)體系的選擇
在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，結(jié)構(gòu)體系的選擇對工程本身起著至關(guān)重要的作用，若單層輕鋼廠房中既有吊車又有局部夾層，即一側(cè)為剛架方向（梁柱連接為剛接），另一側(cè)采用設(shè)柱間支撐的形式（梁柱連接為鉸接）。在主框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為便于構(gòu)件的制作和實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，夾層梁和屋面梁，尤其是屋面梁均按照等截面梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于其他跨度較大的輕鋼廠房，建議根據(jù)荷載作用下剛架的受力特點(diǎn)，結(jié)合考慮構(gòu)件的制作、運(yùn)輸?shù)惹闆r，對屋面梁進(jìn)行合理分段和截面設(shè)計(jì)，框架中間鋼梁采用等截面，跨度的兩端鋼梁采用加腋變截面梁，利用截面變化，使各截面組合內(nèi)力與材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度的比值盡可能接近，即采用滿應(yīng)力設(shè)計(jì)，從而使得剛架的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理。
三、門式剛架優(yōu)化重點(diǎn)
�。ㄒ唬﹥�(yōu)化輕鋼結(jié)構(gòu)廠房支撐系統(tǒng)
在輕鋼結(jié)構(gòu)廠房屋蓋的支撐系統(tǒng)布置過程中，要按照廠房的實(shí)際振動(dòng)設(shè)備、噸位、跨度、結(jié)構(gòu)形式、柱網(wǎng)設(shè)置以及高度與吊車設(shè)置等狀況來決定。一般而言，不考慮屋蓋結(jié)構(gòu)的檁條，主要設(shè)定在垂直支撐上。在無檁系統(tǒng)中，屋面板要和屋架進(jìn)行焊接，從而達(dá)到上弦支撐目的。但在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，由于施工條件的束縛。考慮到安裝要求，要將上弦橫向支撐系統(tǒng)設(shè)置在屋架上弦位置以及天窗架上弦部位。同時(shí)，當(dāng)廠房屋架間距處在12 m以上時(shí)，或者設(shè)置有特重級的振動(dòng)設(shè)備與橋式吊車時(shí)，要設(shè)定縱向的水平支撐系統(tǒng)。
（二）優(yōu)化輕鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面設(shè)計(jì)
在輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的屋面設(shè)計(jì)中，主要內(nèi)容是防水。屋面防水設(shè)計(jì)主要考慮三個(gè)方面的因素：一是屋面坡度；二是天溝形式；三是單坡屋面長度。執(zhí)行相關(guān)的屋面工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際工程中，諸多廠房屋面坡度處在（2%～3%）之間，不符合實(shí)際要求。考慮到材料性能、節(jié)點(diǎn)處理與技術(shù)等因素，要將坡度設(shè)置為5%。在積雪地區(qū)，坡度要增大，而輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的單坡屋面長度設(shè)計(jì)要注意所在區(qū)域的溫差與降雨變化。根據(jù)相關(guān)工程設(shè)計(jì)資料顯示，單坡屋面長度要把控在70 m以下，才能保證廠房的使用性能。當(dāng)超過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，要進(jìn)行特殊處理。
（三）優(yōu)化輕鋼結(jié)構(gòu)廠房立面設(shè)計(jì)
在建筑表現(xiàn)上，輕鋼結(jié)構(gòu)廠房主要具有四個(gè)方面的顯著特征，即規(guī)模、線條、色彩、變化。在輕鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)過程中，要積極發(fā)揮彩色壓型鋼板的色彩表現(xiàn)力，擺脫傳統(tǒng)鋼筋混凝土廠房的死板與單調(diào)。基于工藝要求，輕鋼結(jié)構(gòu)廠房體型受到約束，因而體型變化多樣。在一定程度上，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的處理異常復(fù)雜，總體施工造價(jià)較高。因此，在具體的設(shè)計(jì)過程中，要發(fā)揮跳躍性色彩的表現(xiàn)張力。綜合運(yùn)用冷色調(diào)，突出廠房關(guān)鍵出口、收邊泛水以及外天溝等，盡可能地完善廠房立面設(shè)計(jì)。
�。ㄋ模�、系桿支撐系統(tǒng)的設(shè)置
多數(shù)梁柱在計(jì)算中，都是平面外穩(wěn)定起控制作用，可在梁上或邊跨柱上設(shè)隅撐，讓它與檁條、墻梁組成受力體系，可以減少梁柱平面外計(jì)算長度。對于中柱，由于沒有墻面，無法做隅撐，則可通過設(shè)置通長系桿來減少柱平面外計(jì)算長度，原施工圖中位于柱頂和吊車梁處的大量縱向鋼梁，柱頂采用圓管作為系桿，吊車梁標(biāo)高處則采用吊車梁兼作系桿，以減少柱平面外的計(jì)算長度。由于原設(shè)計(jì)采用空間結(jié)構(gòu)三維建模，縱向方向的位移控制全部由縱向鋼梁承擔(dān)，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)體系在橫向?yàn)槠矫娼Y(jié)構(gòu)體系，在縱向根據(jù)結(jié)構(gòu)需要在不同位置設(shè)置柱間支撐，來承擔(dān)廠房的縱向水平力。
結(jié)束語：
隨著我國建筑市場的不斷發(fā)展，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)作為我國建筑工程主要施工技術(shù)，其結(jié)構(gòu)技術(shù)和應(yīng)用的實(shí)踐和理論水平日益提高。目前輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以其操作簡單，安裝設(shè)備與技術(shù)條件較為成熟，耗費(fèi)成本較低日益成為建筑行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，其應(yīng)用的范圍向各領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
參考文獻(xiàn)：
[1]胡云飛,何穎.淺談輕型門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].今日科苑,2009,02:85.
[2]戴顯吾.單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].今日科苑,2007,06:49.
