摘要：近年來，輕型門式剛架房屋結構在我國得到了迅速發展。通過對門式剛架輕鋼結構設計經驗的總結，針對門式剛架輕型房屋鋼結構設計中遇到的關于結構形式、節點設計、檁條、支撐等若干方面的問題進行了論述、探討。
　　關鍵詞：門式剛架；輕鋼結構；結構形式；節點；檁條；支撐
　　
　　1引言
　　輕型門式剛架結構體系是近年來發展起來的新型結構體系,是指以H型鋼截面門式剛架為主的橫向承重結構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。這類結構體系質量輕，機械化程度高，施工周期短，綜合經濟效益高，柱網布置比較靈活。
　　2整體設計
　　無論是由剛架和屋面板及檁條連接成的屋蓋結構，還是由柱和吊車梁連接成的縱向結構，都是通過支撐系統形成幾何不變體系。因此,門式剛架結構設計首先要注意結構體系的完整性，力求受力及傳力途徑清晰可靠。在實際工程中，設計人員應該首先考慮結構的整體剛度、構件的穩定性，而對結構強度的關心則相對次要。當結構縱向較薄弱時，為保證傳力途徑不被破壞，需要適當增加剛性系桿和支撐。門式剛架結構作為鋼結構中特殊的一類，一般受力小、跨度大，其構件尺寸比普通鋼結構更小，結構的剛度、變形及平面外穩定性常常成為控制性的因素。
　　3結構形式
　　門式剛架的結構形式按跨度可以分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數可分為單脊單坡、單脊雙坡和多脊多坡。《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》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。這是因為在其他條件都相同的情況下，屋脊兩側各需要一根檁條，內天溝兩側也各需要一根檁條，從而多一個屋脊就需要多一根檁條，多一個內天溝也需要多一根檁條。這樣就會增加檁條的用鋼量以及落水管等附加設施的材料用量，內天溝處也會因為堆雪等而加大荷載。具體形式見圖1。此外，對于單脊雙坡多跨屋架，當用于無橋式吊車的房屋時，如果剛架柱不是特別高且風荷載也不是特別大，依據“材料集中使用的原則”，中柱宜兩端鉸接的搖擺柱方案。

　　（a）多脊多坡（b）單脊雙坡
　　圖1屋面形式
　　4節點設計
　　4.1柱腳
　　柱腳根據能否抵抗彎矩分為剛接柱腳或鉸接柱腳。在實際工程中，不存在絕對剛接或絕對鉸接。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，對于有吊車以及檐口高度較高、風載等其他水平荷載較大的情況下宜用剛接。柱腳鉸接時通長為平板式支座，設置為一對或兩對地腳螺栓。柱腳剛接時有兩種型式：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情況及基礎造價。當采用剛接柱腳時，基礎承受較大的偏心彎矩，基礎平面尺寸和造價較采用鉸接柱腳的基礎要大，土質情況差的時候，相差會更大。
　　因此，選用何種柱腳形式要根據房屋的高度、風載大小、有無吊車、吊車的噸位和工作情況及土質情況綜合考慮。
　　4.2梁柱連接節點
　　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。當豎向荷載起控制作用時，將端板橫放可減少節點的設計剪力，同時柱能在安裝時起到臨時支座作用。如果節點彎矩很大，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，但此時對加工精度要求較高，且應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，端板外伸式節點受力合理，承載力高于平齊式節點，因此應盡量采取外伸式端板連接，同時應在結點板外伸部分設置加勁肋，使靠近受拉翼緣兩側的螺栓受力均勻，接近一致，提高節點的抗剪能力，有效減少節點板的變形。
　　中柱與梁的連接一般可采用鉸接處理，但當跨中反彎矩很大或需控制水平位移時此處可設計為剛接。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支撐和剛性系桿設計
　　支撐體系在門式剛架輕鋼結構具有十分重要的作用,主要體現在以下幾個方面：
　　（1）將各個平面剛架連接組成具有空間剛度和穩定性的整體結構；
　　（2）為結構和構件的平面外整體穩定提供側向支撐點,減少平面外的計算長度；
　　（3）明確合理、簡捷的傳遞風力，溫度應力、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應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以形成獨立的空間支撐體系；
　　（2）屋蓋橫向支撐宜設在溫度區段端部的第一個或第二個開間。當端部支撐設在第二個開間時，在第一個開間的相應位置應設剛性系桿，使山墻的風荷載等水平力可靠傳遞；
　　（3）屋面支撐的布置應與山墻抗風柱的位置相協調，使抗風柱的柱頂反力直接傳到屋面橫向支撐的節點上。
　　（4）門式剛架輕型房屋鋼結構的支撐,可采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐；當設有起重量不小于5t的橋式吊車時，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側翼緣受壓穩定的重要措施。當實腹式剛架梁的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣側面布置隅撐作為斜梁的側向支撐，隅撐的另一端連接在檁條上。隅撐應按軸心受壓構件設計。一般屋面每兩個檁距設一道隅撐，但在梁柱連接點附近受力較大處建議增設一道隅撐，墻架在靠近剛架柱、梁節點處設一道隅撐。
　　5.3剛性系桿
　　剛性系桿可由檁條兼作，此時檁條應滿足壓彎構件的承載力和剛度要求，當不滿足時可在剛架斜梁間設置鋼管、H型鋼或其他截面形式的桿件。在剛架的轉折處(邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂)應沿房屋全長設置剛性系桿。縱向通長剛性系桿使各道屋面支撐或柱間支撐連成整體，以共同承擔水平力。,
　　6拉條設計
　　拉條不宜設在C型檁條中心線處，這樣的設置對檁條上下翼緣的平面外穩定作用效果均不大，在計算時均不能計入其有利作用，拉條的位置應盡量設在離上（下）翼緣附近處適當布置。拉條與檁條連接的位置《規程》第6.3.6條中規定當采用圓鋼做拉條時，可設在距檁條上翼緣1/3腹板高度的范圍內。
　　7檁條設計
　　輕型門式剛架的檁條構件可以采用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。檁條間距的確定應綜合考慮天窗、通風屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規格等因素按計算確定，一般應等間距布置，但在屋脊處應沿屋脊兩側各200范圍內布置1道，在天溝附近布置1道。為獲得經濟效益，一般推薦采用連續檁條。在外荷載作用下，檁條同時產生彎曲和扭轉的共同作用，一般應按雙向受彎構件計算其強度和穩定性。拉條和支撐是保證冷彎薄壁型鋼檁條穩定性的重要保障。當檁條跨度＞4m時，宜在跨中設置一道拉條；當檁條跨度＞6m，<12m時，應在跨間三分點處各設置一道拉條。當檁條跨度為>12m時，根據實際情況增設，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，并在斜拉條間設撐桿。
　　另外當柱矩較大時，檁條的整體穩定就很難保證，往往我們的設計人員采用加大再加大截面的做法，檁條在整個結構中用鋼量所占的比例就會提高。一般情況下，為了節約用鋼量，減少投資，大跨度檁條可設計為蜂窩梁；采用連續檁條也是一種可行的辦法，研究表明檁條跨度為6m以上時，采用連續檁條要比簡支檁條節約將近10%的檁條用鋼量，并且隨著檁條跨度的增加，這種經濟性越來越明顯。因此相對于簡支檁條來說，采用連續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，從而降低鋼結構的造價。但是采用連續檁條加工時一定要注意采用大小頭的加工方式，否則現場安裝困難。
　　8結語
　　門式剛架輕型房屋鋼結構在我國應用已經比較廣泛，技術日趨成熟，但需要完善和研究的問題仍較多。在門式剛架輕型結構設計時，鋼結構的節點、構件的整體穩定是確保門式剛架安全的關鍵。門式剛架輕型鋼結構除主剛架強度和穩定計算外,支撐體系的布置非常重要。在設計時，應首先學習和理解規范的條文內容，建立清晰的結構概念，總結設計經驗，注重整體分析，根據具體的工程情況合理的選取柱距，合理的設計構造措施。只有遵循以上原則，才能使結構設計既經濟合理，又安全可靠。
　　
　　參考文獻：
　　[1]門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程（CECS102：2002）.北京：中國計劃出版社，2003.
　　[2]胡寶琳等.輕型鋼結構廠房的設計與研究[J].鋼結構，2004（5）.
　　[3]魯莉，梁發云.輕鋼結構設計中幾個常見錯誤分析[J].建筑結構，2004（7）.
　　[4]GB50017—2003鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.
　　[5]姜德進.鋼結構設計中若干問題的辨正[J].鋼結構，2003，18（2）：55-58.
　　[6]李曉東，魏公敬.門式剛架輕型房屋鋼結構設計要點的探討[J].甘肅科技，2005，21（10）：144-145.
　　[7]殷小宇.輕型門式剛架設計的若干問題[J].南通職業大學學報，2006，20（3）：101-104.
　　[8]李永國.輕型鋼結構門式剛架設計探討[J].鋼結構，2005，1（20）：36-37.
　　[9]許濤.門式剛架設計[J].山東煤炭科技，2003（6）：41-42.
　　[10]程習紅，肖亞明，劉慶慶.連續檁條在輕鋼結構中的應用[J].工程建設與檔案，2005，19（2）：152-154.
　　[11]陳友泉，魏潮文.門式剛架輕型房屋鋼結構設計與施工疑難問題釋義[M].北京：中國建筑工業出版社，2009