门式刚架结构设计浅析

马龙

摘要：门式刚架由于钢材的强度高，延性和韧性良好，在构造合适、布置合理的情况下，具有良好的抗震能力。轻型门式刚架是梁柱采用刚性连接的单层钢结构，其具有结构简单、自重轻、受力合理、施工方便和便于工厂标准化的加工制作等特点，广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。因此设计时应综合考虑各种影响因素，才能保证厂房的正常使用。

关键词：钢结构；门式刚架；结构设计

1门式刚架结构形式

钢架结构系指工业与民用建筑在建筑物主要承重横向排架体系中，柱与横梁或柱与屋架连接节点部分或全部采用刚接连接的一种结构形式。门式刚架具有多种结构类型，最常见的有单跨、双跨和多跨几种，根据坡脊数的数量来划分，可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/8～1/20。单脊双坡多跨刚架，在没有支柱设计的房屋建筑中比较常见，如果刚架柱高度有限且负荷要求不高时，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。门式刚架结构中，其柱脚一般常用铰接设计，当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，可将柱脚设计成刚接。

2结构布置

2.1柱网布置

柱网布置要满足建筑要求，应考虑与采光、通风和外围结构形式等相协调。工业厂房要满足工艺要求，柱的布置应与车间内的设备（机械、工业炉、起重及运输设备等）相协调，要适应厂房扩建和工艺设备更新的要求。为保证厂房的横向刚度，有利于吊车运行，便于设计计算，尽量布置在一条横向轴线上。为便于制造、安装、应尽量采用统一柱距，以减少结构构件的种类。门式刚架的单跨跨度宜为12m~48m，如果边柱宽度不均等，要向外侧对齐。门式刚架之间的距离也要根据钢架跨度、负荷大小来合理确定，通常有三种距离可选择：即6m、7.5m、9m。

2.2支撑的布置

就整体而言，支撑的主要作用是：保证结构构件的稳定与正常工作；增强结构的整体稳定性和空间刚度；把纵向风荷载、吊车纵向水平荷载及水平地震作用等传递到主要承重构件；保证在施工安装阶段结构构件的稳定。支撑虽然不是主要的承重构件，但却是联系各种主要结构构件并把它们构成整体的重要组成部分。厂房支撑分屋盖支撑和柱间支撑两类。一般而言每个温度区段、结构单元或分期建设的区段、结构单元应设置独立的支撑系统，与钢架结构一同构成独立的空间稳定体系，柱间支撑与屋盖横向支撑宜布置在同一开间。

2.3抗风柱的布置

当结构的山墙受风面积较大时，一般需设置抗风柱将山墙分成区格，使墙面受到的风荷载，一部分直接传递至纵向柱列，另一部分则传给抗风柱，再由抗风柱下端直接传至基础，上端通过屋盖系统传至纵向柱列。抗风柱上端水平方向必须与屋架有可靠的连接以保证有效的传递风荷载，竖向与屋架应允许一定的竖向相对位移，以防厂房与抗风柱沉降不均匀时产生不利影响。

2.4檩条和墙梁的布置

檩条间距大小要综合考虑多种因素，例如天窗大小和个数、屋脊长度、采光度要求、檩条长度和刚度等，没有特殊要求的情况，通常采用等间距布局，在屋脊处两侧均匀布置一道，在天沟处布置一道。侧墙墙梁的设计要根据窗户、门和雨搭的设计要求来综合权衡，确保整体功能达到设计要求。

3刚架结构中的柱和梁设计

钢架结构的柱与梁一般均采用实腹式组合截面或轧制型钢（工字型刚、H型钢）截面，大跨度的钢架结构可采用格构式组合截面。一般而言，跨度为18米或18米以下，厂房内无吊车，屋面荷载小于100kg/m²的一般工业厂房可以采用实腹门式刚架。厂房内屋面设置起重量为2t以下悬挂吊车时，也可采用实腹式门式刚架，支撑悬挂吊车的钢梁（或轨道）可直接挂在屋面横梁上。厂房内设置较重吊车（如10t以上的桥式吊车）时，考虑钢架结构刚度较小，一般不采用钢架结构，宜采用其它结构型式。大跨度屋盖中，可采用空腹格构式钢架。钢架梁与柱设计应能满足静力载荷、受压翼缘的宽厚比、腹板高厚比、位移、整体稳定性等要求。

4支撑设计

4.1屋面支撑

屋面水平支撑系统包括屋面横向水平支撑和纵向水平支撑，一般采用角钢制成，斜杆多采用单角钢，直杆采用等边双角钢或不等边双角钢组成的T型钢或十字型，支撑型式宜采用交叉型或不得已情况下采用K型，采用交叉型支撑时，一般仅按拉杆起作用来设计。当纵向水平支撑布置在抽柱子的柱列、高低跨相交处的低跨端节间及其他明确有集中地震作用点处时，应按所传递的地震作用进行计算外，其他按《钢结构设计规范》（GB50017）所要求的长细比要求进行选择即可。

4.2柱间支撑

厂房一般依据吊车梁的位置分别按上柱支撑和下柱支撑布置。柱间支撑应采用中心支撑，常用的支撑型式为交叉支撑，亦可采用K型支撑。对柱间支撑的榀数应根据柱截面型式来确定，以避免传递地震作用形成柱肢的扭曲，如为双肢桁架式柱是，应每肢各设一榀，如为工字型实腹式柱式，应根据截面宽度确定，如截面宽度≥1m时，应设两榀。计算交叉型支撑时，一般只考虑斜拉杆起作用。

5结语

门式刚架结构设计过程中，应采取措施保证结构的整体性，明确各类外力的传力路径和传递过程中对结构构件产生的效应，保证计算与构造的一致性。

参考文献：

[1]宋玉华.轻型门式刚架结构的优化设计及其参数分析[D].西南交通大学，2008.

[2]张宏学.门式刚架轻型钢结构的稳定性研究[J].山西建筑，2008，03：102-104.

[3]建筑抗震设计规范，GB50011-2010（2016年版），中国建筑工业出版社，2016

[4]门式刚架轻型房屋钢结构技术规范，GB51022-2015，中国建筑工业出版社，2016