某大跨度门式刚架轻型钢结构仓库设计

刘青

摘要：门式刚架轻型钢结构是一种传统的建筑工艺，相比于钢筋混凝土具有质量更轻，有效建筑空间更大等特点，因此受到广泛的应用。门式钢框架轻钢结构仓库的设计应遵循门式钢框架结构的设计原则，并采用正确的计算方法计算各种结构的截面积和规格。充分发挥其优势做好相关设计工作。

关键词：大跨度；门式刚架轻型钢结构；设计

1、前言

门架轻钢结构具有很多特点，其使用越来越普遍。轻钢结构材料的特性包括良好的抗震性能、建造速度快、运移方便、能够很好的进行空间利用、投资少等特点。最特殊的地方在于，刚式结构可以进行回收利用，是一种环保材料，促销价值很高。并且伴随着近年来新型防火防腐产品的不断发展，轻钢结构的耐腐蚀性差和耐火性能等缺点得到了大大提高，因此在各类建筑中受到广泛的欢迎。

2、门式刚架结构的概念和特点

2.1门式刚架结构的概念。门式刚架结构是一个由来已久的结构类型，基本的组成有刚架柱和斜梁，摩擦带，支撑拉杆等[1]。门架轻型房屋钢结构，力量简单，传动路径清晰，部件生产简单快捷，施工时间短。因此，它被用于各种类型的项目，常用于工业建筑和民用建筑。

2.2门式刚架结构的特点。相比于屋架结构，刚架构件所具有的刚度比屋架结构好得多，其平面内、外的刚度差异较小，在产品的制作、运输和配置过程有更大的优势。门式刚架结构的具体特征如下[2]：

首先，门式钢架结构所有用到的材料。在经由工厂生产之后，完全可以实现施工场地现场拼接，这也是门式钢架最突出的特点。门架组件的标准刚性板构造非常高，因此组件仅需要锁定，并且可以通过螺栓连接或部分焊接来完成。

第二，构造独特，内部空间较大。既能实现大跨度的组装又能缩减很大一部分工程造价投资。

第三，质量轻，成本适宜。相同的体积和面积，门架轻钢结构的重量仅为钢筋混凝土结构重量的八分之一到十分之一。与普通钢结构相比，门式刚架结构的重量仅为普通钢结构的一半或更少。

第四，是产量效率高，产品质量可以保证。从设计，生产到销售等一系列的过程都能够用计算机进行操作，方便省力。加上所用材料简洁，结构轻便，有规范和标准的设计，零部件加工制造完全实现工业化，可做到施工现场制作和安装材料。

第五，具有良好的抗震性能。刚架结构具轻质量、柔性的物理属性，在发生地震时可以在很大程度上降低地震带来的危害效应和影响，是抗震的好材料。

第六，在有需要挪动位置或者拆除时，门式钢架轻型钢结构能够很方便的移动。使用该材料搭建的各种建筑，如果情况发生变化，可随时拆除，工作量小，耗时短，拆除后的结构还能二次利用。

第七，满足环保需求。钢具有良好的耐久性，高强度，易回收，可多次使用。

第八，提高空间的利用率。在施加同样的荷载的情况下，构建占据的断面积越小，可供使用的空间就越大。由于钢结构中使用的材料具有小的横截面积，因此钢结构比传统的钢筋混凝土结构具有更多的可用空间。

第九，造价低。钢产量持续增多，致使钢材的价格不断降低，特别是对于那些大跨度的结构，造价低的特点更容易接受。

3、门式刚架轻型结构的设计

3.1门式刚架轻型结构的组成和分类

通常，门式刚架轻型建筑可以分为三个部分[3]：主要承重结构，围护结构，辅助结构。其中：主承重结构可细分为两部分：基础和钢结构承重系统。主框架，支撑系统和拉杆形成承重结构。围护结构由两部分组成：墙壁和屋顶。摩擦杆和彩色异型钢板一起组合成为屋顶维护的结构，其通常由“Z”或“C”冷成型薄壁钢制成。一般还得顺着屋顶方向在杆连接之间安装拉伸杆，并且还要在刚性框架倾斜梁和杆之间放置撑条。辅助结构则有楼梯，雨棚和各种平台等构件。

门架的形式是不同的，可以根据高度，包含的跨度，房屋的走向和柱脚的支承能力进行分类。根据跨度门框结构的结构形式，有三种类型：单跨，双跨和多跨；根据屋顶的坡度，主要有单脊单坡，单脊双坡和多脊多坡等不同的类型。

3.2门式刚架的设计原则

3.2.1平面设计

钢架结构平面设计里柱网布置是最核心的工作。布置柱网必须要以建筑使用为依据。通常柱网的布设需要考虑以下几个方面[4]：

（1）大型厂房应考虑温度段的设置，并应满足温度段的长度：首先，纵向温度段应当小于300米；第二，横向温度段需低于150米。考虑到项目的实际情况可以以计算基础为前提，适当增加温度段的距离。（2）在大跨度刚性框架中，当因为技术需求或建筑使用而部分地移除侧柱或中间柱的时候，可以采用相邻柱中的支撑梁的布置的方式。（3）在安排屋顶板时，应结合其他因素综合确定，如天窗，屋顶材料，照明带等。

3.2.2建筑尺寸。门式刚架轻型钢结构的范围在9-36米之间，一般建筑是高度在4.5-9米之间最适宜（即使有吊车也不能高于12米）；间距6-9米适宜；挑檐长度一般在0.5-1.2米之间，可根据实际情况确定；屋顶的坡度范围为1/20-1/8，过高过低都不利于雨水等物质的流出，干旱地区可适当放宽[5]。在设计中，最初要设立标准杆刚架模型，之后根据标准杆门刚度设计标准杆门刚度，建立杆门的刚性模型，施加在支撑上的载荷。

3.3门式刚架结构的分析计算。在门式刚架梁构件计算的过程中需要进行的验算内容有挠度和坡度改变率。门式刚架主构件要进行验算工作的内容则有强度、建筑结构的稳定性、构件稳定性、柱顶固定状况等。门式刚架构件强度计算最突出的优势是能够在确定版面的曲度后再进行相关的技术过程，这样就能充分发挥材料的特点，最大化材料的利用[6]。

4、结束语

门式刚架轻型钢结构因具有轻便，快捷，投资小等特点在许多建筑工程中得到广泛的使用。对于大跨度的工程门式刚架轻型钢结构更具有其自身独特的优势，在设计的过程中，首先要了解掌握该结构具有的类别和一般的建筑尺寸，了解设计原理和计算方法，更好地设计门架的轻质刚性结构仓库。

参考文献：

[1]李梦雪.门式刚架轻型钢结构理论分析与设计实例[D].河北工程大学，2015.

[2]董超超.大跨度门式刚架抗风优化设计研究[D].广州大学，2012.

[3]张燕斌.大中跨度门式刚架奶牛舍结构的优化设计[D].内蒙古农业大学，2009.

[4]孙维.中小跨度变截面门式刚架轻型钢结构优化设计及参数分析[D].兰州理工大学，2006.

[5]万红霞，吴代华，蒋沧如.大跨度門式刚架轻型钢结构设计[J].武汉理工大学学报，2004（02）：27-29.

[6]易伟光.大跨度门式刚架轻型钢结构的设计[J].广东土木与建筑，2001（08）：17-18.

（作者单位：中铁十六局集团城市建设发展有限公司）