对门式轻型钢结构房屋设计的探微

　　摘要：随着时代的发展，建筑结构的设计也在逐渐走向绿色、经济与环保，因此，本文主要围绕着门式轻型钢结构房屋的设计，探讨几点问题，以供广大建筑设计者参考。
　　关键词：建筑设计，门式轻型钢，结构特点，布置方法
　　
　　一、轻型门式刚架的特点 
　　(1)所谓的轻型门式刚架，一般我们将其称之为工业化全装配式结构，具体地说，就是从房屋的屋面、墙架、承重结构、墙面和保温层，形成一套完整的体系，具有高度的系列化和装配化，因此这样的房屋构件，可以像其它商品一样批量生产，方便运作。
　　(2)此外，此结构的房屋在外观上，较为简练美观，内部空旷中，比一般结构更符合使用要求。
　　(3)在房屋构件的外形和横截面形式上，也趋于合理化，结构自重较为轻。一般来说，门式刚架钢结构的重量只是混凝土结构的1／8—1／10，是普通钢结构的1／2一1／3，因此，非常有利于建筑施工的需求，满足最经济、合理的建筑设计的目的。
　　(4)轻型门式刚架的最大优点，就是安装方便，这种结构的房屋在施工过程中，不需要大型起重设备进行运输，因为全部的构件通常都是在工厂制造好，然后运送到施工现场进行装配即可，在安装过程中，全部采用普通螺栓、高强度螺栓、自攻螺丝、拉铆钉等，焊接工作量较少，无湿作业，有效地加快了施工的进度与速度，例如建筑面积为一万平方米左右的厂房，只需一个月左右时间就可以全部安装完成。
　　(5)再者，门式刚架房屋也大大地降低工程的基础造价，为企业节省了建筑成本。这种新型的建筑结构，也有利于房屋的抗震，因为门式刚架房屋很轻，由房屋自重产生的水平地震作用很小，在一般情况下可以不计算地震作用，所以特别适宜在地震区建造。
　　二、门式轻型钢结构房屋的结构布置
　　1、门式刚架结构平面布置
　　(l)、门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度(即伸缩缝间距)，应符合下列规定：纵向温度区段不应大于300m，而在横向温度区段，则不应大于150m；当有计算依据时，温度区段长度可适当增加。
　　(2)、在多跨刚架局部抽掉中间柱或边柱处，可布置托梁或托架，当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。门式刚架的高度(地坪柱轴线与斜梁轴线交点的高度)应根据使用要求的室内净高确定，有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空的要求确定，一般来说取4．5～9m为宜。门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，一般宜取6m，7．5m或9m。挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0．5～1．2m，其上翼缘坡度与刚架斜梁坡度相同。
　　(3)、至于屋面檩条的布置，首先要考虑采光带、天窗、屋面材料、通风屋脊、檩条供货规格等因素的影响。
　　(4)、山墙可设置由斜梁、抗风柱、墙梁及其支撑组成的山墙架，或采用门式刚架。
　　2、檩条和墙梁的布置
　　首先，门式刚架轻型房屋钢结构侧墙墙梁的布置，要充分地考虑挑檐、门窗、遮雨篷等构件的设置，以为围护材料的安装要求。
　　其次，门式刚架轻型房屋结构的侧墙，如果采用压型钢板作为围护面时，那么墙梁宜布置在刚架柱的外侧，就应该充分考虑墙板板型和规格确定其间距，而且不应大于由计算确定的数值。
　　再次，门式刚架轻型房屋的外墙，如果抗震设防烈度为9度时，一般会使用采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板；当抗震设防烈度不高于7度、8度时，则可以使用非嵌砌砌体或者轻型钢墙板；如果抗震的设防烈度不高于6度时，就可以使用砌体或者轻型钢墙板。
　　3、门式刚架结构的支撑布置方法
　　门式刚架结构支撑布置的目的，就是让分期建设的区段建筑或者每个温度区段能构成稳定的空间结构骨架，通常应遵循以下原则：
　　(1)在分期建设的区段或每个温度区段中，要分别设置能独立构成空间稳定结构的屋盖横向支撑体系，以组成几何不变体，柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内，形成抵抗纵向荷载的支撑桁架，支撑的间距通常是30～40m，不该大于60m，如果建筑物宽度大于60m时，应在内柱列适当增加柱间支撑。
　　(2)支撑可布置在温度区间的第一个或第二个开间，当布置在第二个开间时，第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。此外，在刚架转折处(单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊)应沿房屋全长设置刚性系杆。
　　(3)门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，一般使用带张紧装置的十字交叉圆钢进行支撑；而当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时，应考虑设置双层柱间支撑，最有效地传递水平荷载的是45°的支撑斜杆；当不允许设置任何支撑时，可设置纵向刚架；当不允许设置交叉柱间支撑时，可设置其它形式的支撑。
　　(4)轻型门式刚架结构中的刚性系杆可由相应位置处的檩条兼作，檩条刚度或承载力不足时设置附加系杆。
　　除了结构设计中必须正确设置支撑体系，以确保其整体稳定性之外，还必须注意结构安装过程中的整体稳定性。安装时应该首先构建稳定的区格单元，然后逐榀将平面刚架连接于稳定单元上，直至完成全部结构。在稳定的区格单元形成前，必须施加临时支撑固定已安装的刚架部分。
　　三、门式刚架节点和梁柱连接设计
　　1、设计要求
　　由于门式刚架结构的形式比较多，所以关于其节点构造和连接形式也是多种多样，但是设计要点大致一样，一般需要注意一下几点设计要求：
　　(1) 将梁端垂直剪力传递于柱上，将端弯矩由梁传递于柱上；
　　(2) 刚架节点的设计应满足以下条件：
　　A、构造简单，传力直接；
　　B、适当的变形能力，经济合理；
　　C、足够的强度、刚度；
　　D、易于施工。
　　2、梁、柱连接节点的构造及特点
　　门式刚架梁与柱的的连接，一般使用螺栓端板来进行连接，因为它是在构件
　　端部截面上焊接平板(端板与梁柱的焊接要求等强，多采用熔透焊)，同时以螺栓与另一构件的端板相连的一种节点形式，其连接形式分为端板平放、竖放、斜放三种基本形式。
　　梁柱连接节点的构造在设计过程汇总，应遵循以下的要求及规定：
　　(1)为了保证梯形加腋部分的稳定性，防止侧向压曲，应在加腋部分的两端设置加劲肋及侧向支撑。连接应按所受最大内力设计，当内力较小时，应按能够承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。
　　(2)刚架构件的连接应采用高强度螺栓，吊车梁与制动梁的连接宜采用摩擦型高强度螺栓连接。吊车梁与刚架连接的螺栓孔宜设长圆孔。檩条和墙梁与刚架横梁和柱的连接则多用M10或M12普通螺栓，而高强度螺栓直径可根据需要选用，一般会使用M16～M24的螺栓。
　　(3)板连接螺栓应该要采用对称布置方法：即在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧都进行设置，并且使得每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近，因此，设计人员要使用将端板伸出截面高度范围以外的外伸式连接。
　　此外，还要在节点板外伸部分设置加劲肋，使靠近受拉翼缘两侧螺栓受力均匀，接近一致。螺栓拉力的分布要求端板厚度不宜小于螺栓直径。当螺栓群间的力臂足够大(例如在端板斜置时)或受力较小时(例如某些横梁拼接)，也可采用将螺栓全部设在构件截面高度范围内的端板平齐式连接。
　　四、小结
　　综上所述，在门式轻型钢结构的房屋设计时，不但要求设计人员在前期的模拟设计中，精准的计算出承重力及其他数据，使得荷载取值正确，还需要根据实际的情况，因地制宜地进行设计，这样才能把设计做的更安全、可靠、经济、合理。
　　参考文献
　　[1]《钢结构设计规范》(GB50017．2003)
　　[2]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECSl02：2002)
　　[3]《钢结构设计》中国建筑工业出版社，2004年1月
　　[4]陈禄如等．建筑钢结构施工手册，中国钢结构协会编著，中国计划出版社，2003年。

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