淺談大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法
摘要：本文圍繞大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法提出了一些使設(shè)計更具經(jīng)濟性的建議。
關(guān)鍵詞：門式鋼架；設(shè)計方法；經(jīng)濟性
1.門式剛架結(jié)構(gòu)房屋的應(yīng)用概況
近年來門式剛架結(jié)構(gòu)房屋以其造價低廉施工快捷，從而得到了廣泛普及，通過多年的設(shè)計實踐，對門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計有了一些心得，現(xiàn)在僅就大跨度門式剛架（指跨度大于30m）的設(shè)計方法談一些見解：眾所周知，就鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計而言，比較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，鋼材材質(zhì)更具各向同性，其計算結(jié)果與理論值更接近。
2.大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的特點
對大跨度門式剛架而言，因為跨度大在相同的線荷載作用下，其內(nèi)力及變形與中小跨度的門式剛架相比差異還是較大的，尤其是邊跨相差更大，所以邊跨梁的布置應(yīng)有很大區(qū)別，中小跨度的門式剛架其邊跨梁的布置一般為兩端變截面中間等截面。而如果大跨度的門式剛架邊跨梁也如此布置，為使強度及撓度滿足規(guī)范要求，則其含鋼量會大幅增加，因此大跨度的門式剛架邊跨梁中部也應(yīng)采用變截面，即兩端支座及跨中截面大，截面隨彎矩圖變化，這樣能用較少的鋼材滿足邊跨的強度及撓度的要求。
3.大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計
以下就筆者主持設(shè)計的幾個較大跨度的門式剛架結(jié)構(gòu)工程談一些體會：一某廠房為三跨門式剛架結(jié)構(gòu)，跨度均為32m，檐口標(biāo)高6.9m，屋面坡度5%，柱距8.1m，計算模型為柱腳均為鉸接，中間兩根圓截面搖擺柱。在計算中發(fā)現(xiàn)兩邊跨的強度及撓度起控制作用，為滿足強度及撓度要求，按中小跨度門式剛架的思路布置梁柱為達到邊跨強度及撓度的設(shè)計要求，含鋼量會增加較多，很不經(jīng)濟。后來邊跨梁截面改為隨彎矩圖變化，即兩端支座及跨中截面大，這樣在滿足強度及撓度的要求情況下，含鋼量大為減小。對于大跨度的門式剛架，鋼材應(yīng)選用Q345高強度鋼，因為大跨度的門式剛架一般均為強度起控制作用。另外梁截面的布置也有講究，一般規(guī)律是板件盡量不要太厚，截面高度應(yīng)高一些，這樣對控制撓度作用很明顯。總之對于大跨度門式剛架的設(shè)計，要經(jīng)過不斷的試算與調(diào)整才能達到較合理的狀態(tài)：各個截面的鋼材強度均得到充分的利用，經(jīng)濟性得到充分的體現(xiàn)。
此外大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的柱間支撐有時受到工藝專業(yè)的限制，不能做成剪刀撐，只能做成門式支撐，筆者主持設(shè)計的幾個較大跨度的門式剛架結(jié)構(gòu)工程的柱間支撐均為門式支撐，門式支撐可以做成縱向單跨門式剛架結(jié)構(gòu)，其柱腳一般做成鉸接，當(dāng)為圓柱且柱高較大時也可做成剛接柱腳。門式支撐含鋼量稍大，但比起其他形式的柱間支撐可利用的空間更大，且更為美觀，其性價比還是很高的。
再有對于梁截面寬度的取用，一般取決于其平面外計算長度，而剛架梁平面外計算長度通常取3m，而《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》6.1.6條第6條規(guī)定：斜梁不需計算整體穩(wěn)定性的的側(cè)向支撐點間最大長度，可取斜梁受壓翼緣寬度的13.2倍（Q345）。如果按此要求確定梁寬，如鋼材選用Q345則梁寬最小應(yīng)為240。有些設(shè)計人員據(jù)此進行門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，結(jié)果含鋼量總是居高不下，究其原因，規(guī)程指的是斜梁不需計算整體穩(wěn)定性的的側(cè)向支撐點間最大長度，就是說按此設(shè)計是不需要計算斜梁整體穩(wěn)定性的。而現(xiàn)在程序是可以計算斜梁整體穩(wěn)定性的。所以在選用梁截面寬度時可以不受此條的限制，只要斜梁整體穩(wěn)定性計算能通過即可。這樣門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計將更加具有經(jīng)濟性。
再舉一例某廠房為五跨門式剛架結(jié)構(gòu)，跨度為（2x28m+26m+2x28m）檐口標(biāo)高6.9m，屋面坡度5%，柱距8.4m，計算模型為柱腳均為鉸接（帶柱間支撐的中柱柱腳為剛接），中間四根圓截面搖擺柱，在設(shè)計中兩邊跨梁的界面選取同上例，只是對梁寬的取用進行了進一步的優(yōu)化，即各個梁段拼接處高度相同，但寬度不同或板件厚度不同，這樣做使各梁段鋼材強度得到充分利用，更具經(jīng)濟性。
另外對于屋面檁條的設(shè)計筆者認為，當(dāng)柱距較大且吊掛荷載較多時，采用Q345連續(xù)Z形檁條是更經(jīng)濟的，此種情況下均為強度控制，當(dāng)有吊頂時，撓度因素也應(yīng)注意。對于跨度較小荷載不大且為起撓度控制作用的檁條，一般采用Q235鋼材較經(jīng)濟。
4.結(jié)論
綜上所述對大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)結(jié)合其受力特點，經(jīng)過反復(fù)試算確定其各梁柱截面尺寸，只有如此才能做到安全與經(jīng)濟性的完美統(tǒng)一，使每一個設(shè)計作品成為經(jīng)得起檢驗的優(yōu)秀作品。的設(shè)計方法談一些見解：眾所周知，就鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計而言，比較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，鋼材材質(zhì)更具各向同性，其計算結(jié)果與理論值更接近。
2.大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的特點
對大跨度門式剛架而言，因為跨度大在相同的線荷載作用下，其內(nèi)力及變形與中小跨度的門式剛架相比差異還是較大的，尤其是邊跨相差更大，所以邊跨梁的布置應(yīng)有很大區(qū)別，中小跨度的門式剛架其邊跨梁的布置一般為兩端變截面中間等截面。而如果大跨度的門式剛架邊跨梁也如此布置，為使強度及撓度滿足規(guī)范要求，則其含鋼量會大幅增加，因此大跨度的門式剛架邊跨梁中部也應(yīng)采用變截面，即兩端支座及跨中截面大，截面隨彎矩圖變化，這樣能用較少的鋼材滿足邊跨的強度及撓度的要求。
3.大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計
以下就筆者主持設(shè)計的幾個較大跨度的門式剛架結(jié)構(gòu)工程談一些體會：一某廠房為三跨門式剛架結(jié)構(gòu)，跨度均為32m，檐口標(biāo)高6.9m，屋面坡度5%，柱距8.1m，計算模型為柱腳均為鉸接，中間兩根圓截面搖擺柱。在計算中發(fā)現(xiàn)兩邊跨的強度及撓度起控制作用，為滿足強度及撓度要求，按中小跨度門式剛架的思路布置梁柱為達到邊跨強度及撓度的設(shè)計要求，含鋼量會增加較多，很不經(jīng)濟。后來邊跨梁截面改為隨彎矩圖變化，即兩端支座及跨中截面大，這樣在滿足強度及撓度的要求情況下，含鋼量大為減小。對于大跨度的門式剛架，鋼材應(yīng)選用Q345高強度鋼，因為大跨度的門式剛架一般均為強度起控制作用。另外梁截面的布置也有講究，一般規(guī)律是板件盡量不要太厚，截面高度應(yīng)高一些，這樣對控制撓度作用很明顯�？傊畬τ诖罂缍乳T式剛架的設(shè)計，要經(jīng)過不斷的試算與調(diào)整才能達到較合理的狀態(tài)：各個截面的鋼材強度均得到充分的利用，經(jīng)濟性得到充分的體現(xiàn)。
此外大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)的柱間支撐有時受到工藝專業(yè)的限制，不能做成剪刀撐，只能做成門式支撐，筆者主持設(shè)計的幾個較大跨度的門式剛架結(jié)構(gòu)工程的柱間支撐均為門式支撐，門式支撐可以做成縱向單跨門式剛架結(jié)構(gòu)，其柱腳一般做成鉸接，當(dāng)為圓柱且柱高較大時也可做成剛接柱腳。門式支撐含鋼量稍大，但比起其他形式的柱間支撐可利用的空間更大，且更為美觀，其性價比還是很高的。
再有對于梁截面寬度的取用，一般取決于其平面外計算長度，而剛架梁平面外計算長度通常取3m，而《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》6.1.6條第6條規(guī)定：斜梁不需計算整體穩(wěn)定性的的側(cè)向支撐點間最大長度，可取斜梁受壓翼緣寬度的13.2倍（Q345）。如果按此要求確定梁寬，如鋼材選用Q345則梁寬最小應(yīng)為240。有些設(shè)計人員據(jù)此進行門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，結(jié)果含鋼量總是居高不下，究其原因，規(guī)程指的是斜梁不需計算整體穩(wěn)定性的的側(cè)向支撐點間最大長度，就是說按此設(shè)計是不需要計算斜梁整體穩(wěn)定性的。而現(xiàn)在程序是可以計算斜梁整體穩(wěn)定性的。所以在選用梁截面寬度時可以不受此條的限制，只要斜梁整體穩(wěn)定性計算能通過即可。這樣門式剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計將更加具有經(jīng)濟性。
再舉一例某廠房為五跨門式剛架結(jié)構(gòu)，跨度為（2x28m+26m+2x28m）檐口標(biāo)高6.9m，屋面坡度5%，柱距8.4m，計算模型為柱腳均為鉸接（帶柱間支撐的中柱柱腳為剛接），中間四根圓截面搖擺柱，在設(shè)計中兩邊跨梁的界面選取同上例，只是對梁寬的取用進行了進一步的優(yōu)化，即各個梁段拼接處高度相同，但寬度不同或板件厚度不同，這樣做使各梁段鋼材強度得到充分利用，更具經(jīng)濟性。
另外對于屋面檁條的設(shè)計筆者認為，當(dāng)柱距較大且吊掛荷載較多時，采用Q345連續(xù)Z形檁條是更經(jīng)濟的，此種情況下均為強度控制，當(dāng)有吊頂時，撓度因素也應(yīng)注意。對于跨度較小荷載不大且為起撓度控制作用的檁條，一般采用Q235鋼材較經(jīng)濟。
4.結(jié)論
綜上所述對大跨度門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)結(jié)合其受力特點，經(jīng)過反復(fù)試算確定其各梁柱截面尺寸，只有如此才能做到安全與經(jīng)濟性的完美統(tǒng)一，使每一個設(shè)計作品成為經(jīng)得起檢驗的優(yōu)秀作品。
