摘要：随着我国彩色钢板生产技术的成熟，钢板产量和质量得到了非常大的提高，在此背景下，我国轻型门式刚架结构的设计与应用水平也有了新发展。文中从我国轻型门式刚架结构入手，分析门式刚架结构设计要点以及方案的选择，探讨新时期，我国轻型门式刚架厂房结构设计。
关键词：轻型门式 刚架结构 设计
中图分类号： S611 文献标识码： A
引言
随着国民经济的不断提高，与此同时我国钢结构中央的多样化、以及钢产量的不断提高，为轻型门式刚架结构的应用水平和领域不断深入扩展。轻型门式刚架厂房使目前单层工业厂房中较为常见的其中之一。其主要特点是用造价低、施工方便易安装、钢量少、施工周期短、适用范围广,因此在厂房、工业仓库、民用建筑以及展览厅等工业得到越来越多的发展及应用。为在设计过程中对厂房结构进行优化设计发挥其特点,降低用钢量就显得非常有必要。
一、简述门式刚架结构
单层轻型门式刚架结构是指：以轻型焊接冷弯薄壁型钢、热轧H型钢(等截面)及H型钢（等截面或变截面）等构成的。其中主要的承重骨架是实腹式门式刚架以及格构式门式刚架。檩条材料采用冷弯薄壁型钢材;墙面屋顶通常采用压型钢板，压型不锈钢材料；保温隔热材料的一种轻型房屋结构体系主要采用的是硬质聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉、玻璃棉等。现阶段，在建筑工程中柱与梁设计所用的一般为H形横截面设计，其中为多跨则一般可采用钢接以及铰接混合设计，若是单跨刚架则采用钢接焊接；柱脚同地基接触点使用铰接或者是钢接。围护结构主要使用轻型钢板材料;保温隔热材料使用石棉板。
二、单层门式刚架结构设计及体系选择
（一）檩条、拉条和撑杆设计
(1)双向受弯构件包括檩条，应沿截面两个形心主轴方向进行内力分析的计算弯矩。在进行设计时，要根据檩条进行变形、整体稳定、强度等的计算。在对檩条进行设计时，由于檩应是冷弯薄壁构件，压弯板件与受压板件的宽厚比大，所以在进行受力时会屈曲，应采用强度计算有效宽度，应减少原有的截面。并且要考虑钉孔减弱，用净断面计算强度。此种减少，对小截面窄翼缘的梁影响较大，通常会达到6-15。采用全截面对刚架整体进行分析，加入不用净截面计算强度，则实际应力会比计算值高。在对檩条进行设计时，要顾及檩条是刚架梁柱隅撑设置的支撑体，其不只是悬挂墙面板的构件与支撑屋面板，并且设置一定数量的隅撑有利于确保刚架的平面外整体稳定性，还可以将刚架平面外的计算长度有效减少。（2）拉条的设置与檩条的侧向钢度有关，对于空间桁架式檩条以及侧向钢度较大的轻型H型钢一般可不设拉条。对于侧向钢度较差的实腹时和平面桁架式檩条，为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，一般需在檩条间设置拉条，作为侧向支撑点，来确保其整体稳定性。当屋面坡度�＞1/10檩条跨度＞4时，宜在檩条的跨中位置设置一道拉条;当檩条跨度≤4时，可按计算要求确定是否需要设置拉条;当跨度>6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑竿，在檐口处还应设置斜拉条和撑杆。依据檩距和荷载大小选用，拉条的径一般为8-12mm。（3）撑杆的作用主要是限制檐檩和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑竿的长细比按压杆要求λ≤220可采用钢管、角钢或方管做成。现阶段也有采用钢管内设拉条的做法。撑竿处应同时设置斜拉条。
（二）结构体系的选择
在主体结构设计之前，结构体系的选择对工程本身起着至关重要的作用，若单层轻钢厂房中既有吊车又有局部夹层，即一侧为刚架方向（梁柱连接为刚接），另一侧采用设柱间支撑的形式（梁柱连接为铰接）。在主框架结构设计过程中，为便于构件的制作和实现标准化，夹层梁和屋面梁，尤其是屋面梁均按照等截面梁进行设计。对于其他跨度较大的轻钢厂房，建议根据荷载作用下刚架的受力特点，结合考虑构件的制作、运输等情况，对屋面梁进行合理分段和截面设计，框架中间钢梁采用等截面，跨度的两端钢梁采用加腋变截面梁，利用截面变化，使各截面组合内力与材料设计强度的比值尽可能接近，即采用满应力设计，从而使得刚架的设计经济合理。
三、门式刚架优化重点
（一）优化轻钢结构厂房支撑系统
在轻钢结构厂房屋盖的支撑系统布置过程中，要按照厂房的实际振动设备、吨位、跨度、结构形式、柱网设置以及高度与吊车设置等状况来决定。一般而言，不考虑屋盖结构的檩条，主要设定在垂直支撑上。在无檩系统中，屋面板要和屋架进行焊接，从而达到上弦支撑目的。但在实际设计过程中，由于施工条件的束缚。考虑到安装要求，要将上弦横向支撑系统设置在屋架上弦位置以及天窗架上弦部位。同时，当厂房屋架间距处在12 m以上时，或者设置有特重级的振动设备与桥式吊车时，要设定纵向的水平支撑系统。
（二）优化轻钢结构厂房屋面设计
在轻钢结构厂房的屋面设计中，主要内容是防水。屋面防水设计主要考虑三个方面的因素：一是屋面坡度；二是天沟形式；三是单坡屋面长度。执行相关的屋面工程技术标准，在实际工程中，诸多厂房屋面坡度处在（2%～3%）之间，不符合实际要求。考虑到材料性能、节点处理与技术等因素，要将坡度设置为5%。在积雪地区，坡度要增大，而轻钢结构厂房的单坡屋面长度设计要注意所在区域的温差与降雨变化。根据相关工程设计资料显示，单坡屋面长度要把控在70 m以下，才能保证厂房的使用性能。当超过这个标准值时，要进行特殊处理。
（三）优化轻钢结构厂房立面设计
在建筑表现上，轻钢结构厂房主要具有四个方面的显著特征，即规模、线条、色彩、变化。在轻钢结构厂房设计过程中，要积极发挥彩色压型钢板的色彩表现力，摆脱传统钢筋混凝土厂房的死板与单调。基于工艺要求，轻钢结构厂房体型受到约束，因而体型变化多样。在一定程度上，导致节点的处理异常复杂，总体施工造价较高。因此，在具体的设计过程中，要发挥跳跃性色彩的表现张力。综合运用冷色调，突出厂房关键出口、收边泛水以及外天沟等，尽可能地完善厂房立面设计。
（四）、系杆支撑系统的设置
多数梁柱在计算中，都是平面外稳定起控制作用，可在梁上或边跨柱上设隅撑，让它与檩条、墙梁组成受力体系，可以减少梁柱平面外计算长度。对于中柱，由于没有墙面，无法做隅撑，则可通过设置通长系杆来减少柱平面外计算长度，原施工图中位于柱顶和吊车梁处的大量纵向钢梁，柱顶采用圆管作为系杆，吊车梁标高处则采用吊车梁兼作系杆，以减少柱平面外的计算长度。由于原设计采用空间结构三维建模，纵向方向的位移控制全部由纵向钢梁承担，优化后的结构体系在横向为平面结构体系，在纵向根据结构需要在不同位置设置柱间支撑，来承担厂房的纵向水平力。
结束语：
随着我国建筑市场的不断发展，轻型门式刚架结构作为我国建筑工程主要施工技术，其结构技术和应用的实践和理论水平日益提高。目前轻型门式刚架结构的设计以其操作简单，安装设备与技术条件较为成熟，耗费成本较低日益成为建筑行业发展的重点，其应用的范围向各领域不断扩大。
参考文献：
[1]胡云飞,何颖.浅谈轻型门式刚架结构设计[J].今日科苑,2009,02:85.
[2]戴显吾.单层轻型门式刚架结构的设计要点[J].今日科苑,2007,06:49.
