摘要：近年來，輕型門式剛架房屋結(jié)構(gòu)在我國得到了迅速發(fā)展。通過對(duì)門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，針對(duì)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的關(guān)于結(jié)構(gòu)形式、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、檁條、支撐等若干方面的問題進(jìn)行了論述、探討。
關(guān)鍵詞：門式剛架；輕鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)形式；節(jié)點(diǎn)；檁條；支撐
1引言
輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系是近年來發(fā)展起來的新型結(jié)構(gòu)體系,是指以H型鋼截面門式剛架為主的橫向承重結(jié)構(gòu)和縱向由冷彎成型的檁條、墻梁、墻柱、屋面板、墻板及各支撐體系等組成的輕鋼建筑物。這類結(jié)構(gòu)體系質(zhì)量輕，機(jī)械化程度高，施工周期短，綜合經(jīng)濟(jì)效益高，柱網(wǎng)布置比較靈活。
2整體設(shè)計(jì)
無論是由剛架和屋面板及檁條連接成的屋蓋結(jié)構(gòu)，還是由柱和吊車梁連接成的縱向結(jié)構(gòu)，都是通過支撐系統(tǒng)形成幾何不變體系。因此,門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要注意結(jié)構(gòu)體系的完整性，力求受力及傳力途徑清晰可靠。在實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該首先考慮結(jié)構(gòu)的整體剛度、構(gòu)件的穩(wěn)定性，而對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的關(guān)心則相對(duì)次要。當(dāng)結(jié)構(gòu)縱向較薄弱時(shí)，為保證傳力途徑不被破壞，需要適當(dāng)增加剛性系桿和支撐。門式剛架結(jié)構(gòu)作為鋼結(jié)構(gòu)中特殊的一類，一般受力小、跨度大，其構(gòu)件尺寸比普通鋼結(jié)構(gòu)更小，結(jié)構(gòu)的剛度、變形及平面外穩(wěn)定性常常成為控制性的因素。
3結(jié)構(gòu)形式
門式剛架的結(jié)構(gòu)形式按跨度可以分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數(shù)可分為單脊單坡、單脊雙坡和多脊多坡�！堕T式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中推薦使用單脊雙坡門式剛架，而不推薦多脊多坡門式剛架。這是因?yàn)樵谄渌麠l件都相同的情況下，屋脊兩側(cè)各需要一根檁條，內(nèi)天溝兩側(cè)也各需要一根檁條，從而多一個(gè)屋脊就需要多一根檁條，多一個(gè)內(nèi)天溝也需要多一根檁條。這樣就會(huì)增加檁條的用鋼量以及落水管等附加設(shè)施的材料用量，內(nèi)天溝處也會(huì)因?yàn)槎蜒┑榷哟蠛奢d。具體形式見圖1。此外，對(duì)于單脊雙坡多跨屋架，當(dāng)用于無橋式吊車的房屋時(shí)，如果剛架柱不是特別高且風(fēng)荷載也不是特別大，依據(jù)“材料集中使用的原則”，中柱宜兩端鉸接的搖擺柱方案。
圖1屋面形式
4節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
4.1柱腳
柱腳根據(jù)能否抵抗彎矩分為剛接柱腳或鉸接柱腳。在實(shí)際工程中，不存在絕對(duì)剛接或絕對(duì)鉸接。鉸接一般用于不帶吊車的廠房、倉庫以及柱上端水平位移不大的剛架中，對(duì)于有吊車以及檐口高度較高、風(fēng)載等其他水平荷載較大的情況下宜用剛接。柱腳鉸接時(shí)通長為平板式支座，設(shè)置為一對(duì)或兩對(duì)地腳螺栓。柱腳剛接時(shí)有兩種型式：即帶加勁肋的剛接柱腳和帶靴梁的剛接柱腳。
柱腳形式的選擇還要考慮土質(zhì)情況及基礎(chǔ)造價(jià)。當(dāng)采用剛接柱腳時(shí)，基礎(chǔ)承受較大的偏心彎矩，基礎(chǔ)平面尺寸和造價(jià)較采用鉸接柱腳的基礎(chǔ)要大，土質(zhì)情況差的時(shí)候，相差會(huì)更大。
因此，選用何種柱腳形式要根據(jù)房屋的高度、風(fēng)載大小、有無吊車、吊車的噸位和工作情況及土質(zhì)情況綜合考慮。
4.2梁柱連接節(jié)點(diǎn)
門式剛架斜梁與柱的連接，可采用端板豎放、端板橫放和端板斜放三種形式。端板豎放適用于局部等截面柱。當(dāng)豎向荷載起控制作用時(shí)，將端板橫放可減少節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)剪力，同時(shí)柱能在安裝時(shí)起到臨時(shí)支座作用。如果節(jié)點(diǎn)彎矩很大，可采用端板斜放形式，加長抗彎連接的力臂，有利于布置螺栓，但此時(shí)對(duì)加工精度要求較高，且應(yīng)注意安裝空間的問題。端板拼接連接形式有外伸式和平齊式兩種情況，端板外伸式節(jié)點(diǎn)受力合理，承載力高于平齊式節(jié)點(diǎn)，因此應(yīng)盡量采取外伸式端板連接，同時(shí)應(yīng)在結(jié)點(diǎn)板外伸部分設(shè)置加勁肋，使靠近受拉翼緣兩側(cè)的螺栓受力均勻，接近一致，提高節(jié)點(diǎn)的抗剪能力，有效減少節(jié)點(diǎn)板的變形。
中柱與梁的連接一般可采用鉸接處理，但當(dāng)跨中反彎矩很大或需控制水平位移時(shí)此處可設(shè)計(jì)為剛接。將端板平放與梁的下翼緣連接，受力合理，也便于加工安裝。
5支撐和剛性系桿設(shè)計(jì)
支撐體系在門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)具有十分重要的作用,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
�。�1）將各個(gè)平面剛架連接組成具有空間剛度和穩(wěn)定性的整體結(jié)構(gòu)；
�。�2）為結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的平面外整體穩(wěn)定提供側(cè)向支撐點(diǎn),減少平面外的計(jì)算長度；
�。�3）明確合理、簡捷的傳遞風(fēng)力，溫度應(yīng)力、地震力及吊車縱向水平剎車力等縱向荷載。
5.1屋蓋和柱間支撐
屋蓋和柱間支撐布置時(shí)應(yīng)該保證能形成完整的傳力路線。
�。�1）屋面橫向水平支撐和柱間支撐布置在同一跨內(nèi)以形成獨(dú)立的空間支撐體系；
（2）屋蓋橫向支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段端部的第一個(gè)或第二個(gè)開間。當(dāng)端部支撐設(shè)在第二個(gè)開間時(shí)，在第一個(gè)開間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)剛性系桿，使山墻的風(fēng)荷載等水平力可靠傳遞；
�。�3）屋面支撐的布置應(yīng)與山墻抗風(fēng)柱的位置相協(xié)調(diào)，使抗風(fēng)柱的柱頂反力直接傳到屋面橫向支撐的節(jié)點(diǎn)上。
�。�4）門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的支撐,可采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐；當(dāng)設(shè)有起重量不小于5t的橋式吊車時(shí)，柱間支撐宜采用型鋼支撐。
5.2隅撐
隅撐雖小是用來保證鋼梁下翼緣和鋼柱內(nèi)側(cè)翼緣受壓穩(wěn)定的重要措施。當(dāng)實(shí)腹式剛架梁的下翼緣受壓時(shí)，必須在受壓翼緣側(cè)面布置隅撐作為斜梁的側(cè)向支撐，隅撐的另一端連接在檁條上。隅撐應(yīng)按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。一般屋面每兩個(gè)檁距設(shè)一道隅撐，但在梁柱連接點(diǎn)附近受力較大處建議增設(shè)一道隅撐，墻架在靠近剛架柱、梁節(jié)點(diǎn)處設(shè)一道隅撐。
5.3剛性系桿
剛性系桿可由檁條兼作，此時(shí)檁條應(yīng)滿足壓彎構(gòu)件的承載力和剛度要求，當(dāng)不滿足時(shí)可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H型鋼或其他截面形式的桿件。在剛架的轉(zhuǎn)折處(邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂)應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿。縱向通長剛性系桿使各道屋面支撐或柱間支撐連成整體，以共同承擔(dān)水平力。,
6拉條設(shè)計(jì)
拉條不宜設(shè)在C型檁條中心線處，這樣的設(shè)置對(duì)檁條上下翼緣的平面外穩(wěn)定作用效果均不大，在計(jì)算時(shí)均不能計(jì)入其有利作用，拉條的位置應(yīng)盡量設(shè)在離上（下）翼緣附近處適當(dāng)布置。拉條與檁條連接的位置《規(guī)程》第6.3.6條中規(guī)定當(dāng)采用圓鋼做拉條時(shí)，可設(shè)在距檁條上翼緣1/3腹板高度的范圍內(nèi)。
7檁條設(shè)計(jì)
輕型門式剛架的檁條構(gòu)件可以采用C形冷彎卷邊槽鋼和帶斜卷邊或直卷邊的冷彎薄壁型鋼。Z形檁條受力性能稍好，但制作和安裝麻煩,適用于屋面坡度較大的情況。檁條間距的確定應(yīng)綜合考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規(guī)格等因素按計(jì)算確定，一般應(yīng)等間距布置，但在屋脊處應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各200范圍內(nèi)布置1道，在天溝附近布置1道。為獲得經(jīng)濟(jì)效益，一般推薦采用連續(xù)檁條。在外荷載作用下，檁條同時(shí)產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)的共同作用，一般應(yīng)按雙向受彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。拉條和支撐是保證冷彎薄壁型鋼檁條穩(wěn)定性的重要保障。當(dāng)檁條跨度＞4m時(shí)，宜在跨中設(shè)置一道拉條；當(dāng)檁條跨度＞6m，<12m時(shí)，應(yīng)在跨間三分點(diǎn)處各設(shè)置一道拉條。當(dāng)檁條跨度為>12m時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況增設(shè)，一般的做法是采用拉條和撐桿從檐口一端起，連接每一根檁條直到另一端，并在斜拉條間設(shè)撐桿。
另外當(dāng)柱矩較大時(shí)，檁條的整體穩(wěn)定就很難保證，往往我們的設(shè)計(jì)人員采用加大再加大截面的做法，檁條在整個(gè)結(jié)構(gòu)中用鋼量所占的比例就會(huì)提高。一般情況下，為了節(jié)約用鋼量，減少投資，大跨度檁條可設(shè)計(jì)為蜂窩梁；采用連續(xù)檁條也是一種可行的辦法，研究表明檁條跨度為6m以上時(shí)，采用連續(xù)檁條要比簡支檁條節(jié)約將近10%的檁條用鋼量，并且隨著檁條跨度的增加，這種經(jīng)濟(jì)性越來越明顯。因此相對(duì)于簡支檁條來說，采用連續(xù)檁條可以在滿足相同剛度的條件下，使材料得到更充分的利用，用鋼量更省，從而降低鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)。但是采用連續(xù)檁條加工時(shí)一定要注意采用大小頭的加工方式，否則現(xiàn)場安裝困難。
8結(jié)語
門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，技術(shù)日趨成熟，但需要完善和研究的問題仍較多。在門式剛架輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件的整體穩(wěn)定是確保門式剛架安全的關(guān)鍵。門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)除主剛架強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算外,支撐體系的布置非常重要。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先學(xué)習(xí)和理解規(guī)范的條文內(nèi)容，建立清晰的結(jié)構(gòu)概念，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，注重整體分析，根據(jù)具體的工程情況合理的選取柱距，合理的設(shè)計(jì)構(gòu)造措施。只有遵循以上原則，才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)合理，又安全可靠。
參考文獻(xiàn)：
[1]門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS102：2002）.北京：中國計(jì)劃出版社，2003.
[2]胡寶琳等.輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)與研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2004（5）.
[3]魯莉，梁發(fā)云.輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)常見錯(cuò)誤分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2004（7）.
[4]GB50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2003.
[5]姜德進(jìn).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問題的辨正[J].鋼結(jié)構(gòu)，2003，18（2）：55-58.
[6]李曉東，魏公敬.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的探討[J].甘肅科技，2005，21（10）：144-145.
[7]殷小宇.輕型門式剛架設(shè)計(jì)的若干問題[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，20（3）：101-104.
[8]李永國.輕型鋼結(jié)構(gòu)門式剛架設(shè)計(jì)探討[J].鋼結(jié)構(gòu)，2005，1（20）：36-37.
[9]許濤.門式剛架設(shè)計(jì)[J].山東煤炭科技，2003（6）：41-42.
[10]程習(xí)紅，肖亞明，劉慶慶.連續(xù)檁條在輕鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與檔案，2005，19（2）：152-154.
[11]陳友泉，魏潮文.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工疑難問題釋義[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009
