门式刚架轻型钢结构房屋的设计探讨

　　[摘要】近年来，门式刚架轻型钢结构房屋因其施工速度快、自重轻、抗震性能好、环保、又适合较大跨度等优点在建筑工程中被广泛认可，所以得到了迅速的发展。新的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程>(以下简称《规程>)自2002年颁布以来，对门式刚架的设计与施工起到了很大的推动作用。本文结合《规程》介绍一些门式刚架设计的经验和注意事项，供大家参考。
　　关键词：门式刚架，钢结构，设计
　　门式刚架通常适用于9～36m，柱距为6m，柱高为4.5～9m，主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1～A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构。
　　一.钢结构的设计使用年限
　　钢结构的设计使用年限为50年，但应说明的是一般钢结构，包括冷弯薄壁型钢在内的设计使用年限均可达50年，但外围构造的压型板、防火涂料、防锈涂装则不在此限。应通过正常的维护和检修，来达到设计使用年限。
　　二.钢结构荷载取值
　　《钢结构设计规范》规定不上人屋面的活荷载为0．5kN／㎡,但构件的荷载面积大于60㎡时可乘以0．6的折减系数，门式刚架满足此条件时，设计活荷载取值为0．3kN／㎡。但对屋面结构，包括屋面檩条和屋面板，它的负荷面积小于60㎡，故活荷载取值仍应为0．5kN／㎡。
　　三.钢材质量等级和焊缝质量等级
　　门式刚架、吊车梁和焊接的檩条、墙梁等构件宜采用Q235B、Q345B及以上等级的碳素结构钢和低合金高强度结构钢，质量等级为A级的钢材不适宜做焊接连接的构件。原因是这种类型的钢材不保证焊接要求的含碳量限值，不保证冲击韧性和延性。比如檩条，不焊接，用普通螺栓连接，可采用Q235A。根据构件的重要性和受力性能及焊缝的受力情况确定焊缝等级。通常板材的等强对接焊缝(梁柱端板的对接焊缝)、梁上受拉、受弯的对接焊缝应采用剖口全熔透对接焊缝，其焊缝质量等级为一、二级，其它角焊缝因其应力集中较严重，内部探伤困难，其质量等级一般只能是三级。
　　四.基础形式的选择
　　基础应根据建筑物所在地的工程地质情况和建筑物上部结构型式等几个方面综合考虑，对于轻钢结构而言，由于柱网尺寸较大，又上部结构传至柱脚的内力较小，一般以独立基础为主。若地质条件较差，可考虑采用条形基础，遇到不良地质情况，可考虑采用桩基础。钢架柱脚在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹（C15、C20混凝土即可，保护层厚度不应小于50mm），并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm（a）。当柱脚底面在地面以上时，柱脚底面应高出地面不小于100mm（b）。（钢架柱脚与基础连接的预埋螺栓不应采用冷拔钢筋，应采用Q235钢或Q345钢。锚栓的直径不宜小于24mm，且应采用双螺帽。）五.梁柱连接节点
　　门式刚架斜梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式。端板竖放适用于局部等截面柱。当竖向荷载起控制作用时，将端板横放可减少节点的设计剪力，同时充分利用柱的压力对节点受力的有力作用。如果节点弯矩很大，可采用端板斜放形式，加长抗弯连接的力臂，有利于布置螺栓。端板拼接连接形式有外伸式和平齐式两种情况，端板外伸式节点受力合理，承载力高于平齐式节点，因此应尽量采取外伸式端板连接，同时应在结点板外伸部分设置加劲肋，使靠近受拉翼缘两侧的螺栓受力均匀，接近一致，提高节点的抗剪能力，有效减少节点板的变形。
　　少数设计的门式刚架，想节省钢材，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，但混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很差，在外力作用下很容易松动和破坏。所以此时梁柱只能铰接，不能刚接。有些设计，在门式刚架设计好之后，又根据业主要求将钢柱换成砼柱，而梁截面不变,是不可行的。由于连接不同，构件内力也不同，有的工程斜梁很细，就是这个原因造成的。
　　六.支撑系统的设置
　　门式刚架轻型钢结构房屋支撑的设置，在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。支撑系统可分为屋盖水平支撑、柱间支撑及隅撑等其他辅助支撑系统。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。
　　七．拉条和撑杆
　　屋面设置拉条的目的是为了防止檩条的整体失稳，故在檩条受压翼缘处设置拉条，以前屋面板重，故拉条设置在靠近上翼缘1／3处，但现在厂房屋面多采用彩钢板，较轻，在风吸力作用下，檩条的下翼缘容易失稳，而上翼缘由于考虑到屋面板的蒙皮效应，稳定有保证，故将拉条下移至距下翼缘l／3处，但是如果屋面没有内层板，且外层板为咬合板或暗扣板，宜在檩条上下翼缘l／3处各设一道拉条，以保证檩条上、下翼缘不能同时失稳。屋脊处和檐口处都宜设置斜拉条和撑杆(尤其在风大的地区)，这样才能形成檩条的一个完整的支撑体系。
　　八.防火涂料与油漆
　　根据防火各构件不同的耐火极限要求，如所用防火涂料起防锈作用，则可不用防锈底漆，如所用防火涂料不起防锈作用，则应涂防锈底漆。有的防火涂料外表还需涂面漆，以增加美观效果，选用这些油漆，应考虑不与防火涂料起化学反应，保证结合牢固。
　　涂料颜色、建筑耐火等级及厂房生产类别、各种构件耐火极限要求宜由建筑图明确；油漆道数、品种、干漆膜厚度则由钢结构图表示；防火涂料则由消防部门核定验收。防火涂料施工应由有资质单位承担，可综合考虑其相互关系，保证工程质量。
　　九.关于用钢量的大小
　　改革开放以来，我国实行社会主义市场经济，在市场经济条件下，钢结构设计耗钢量指标是否越小越好呢？答案是否定的。国家的经济技术政策是“技术先进、经济合理、安全使用、确保质量”。这四句话、十六个字比较全面、正确的指导我们的设计工作。
　　随着我国经济的飞速发展，钢产量大幅度提高，钢结构的地位也越来越重要。还需要我们设计人员在工作中不断总结经验，将钢结构设计工作更好的推向广阔的市场。
　　参考文献：
　　1.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102：2002)
　　2.钢结构设计规范(GB50017-2003)
　　3.邱鹤年.《钢结构设计禁忌及实例》中国建筑工业出版社2009年1月
　　4.李雄彦等.《门式刚架轻型钢结构工程设计与实例》中国建筑工业出版社2008年5月