門式剛架輕鋼結構在工程中的應用

郭利平  李偉

駐馬店市水利勘測設計院   鄭州市城鄉建筑設計所

    隨著我國國民經濟的快速發展，輕鋼結構的應用日益廣泛，特別是輕鋼門式剛架這種房屋結構形式，在工業廠房、公路(鐵路)庫、倉庫、習機庫、集貿市場、體育場館、航空港、商業建筑中越來越得到人們的青睞。在我國已建成的此類工程已達800多萬m²，而且每年以200多萬m2的速度增長，不但國外許多廠家紛紛涌人我國，國內的許多鋼結構廠家也轉人此類構件的生產。以下就輕型門式剛架的特點及工程中的作用作一簡單介紹。

1、門式剛架輕鋼結構的概念

    它以單跨單層、或單層多跨的雙坡形式為多。為了排水方便，通常屋而做成一個大山字坡形式，其跨度可根據工藝的要求做lOm一70m。由于構件尺寸較小，可以有效地利用建筑空間，降低房屋的高度，在建筑造型上也簡潔美觀。

2、優點

    (1)縮短工期、節省投資。門式輕鋼的房屋角鋼量與荷載、跨度、拄高以及結構形式有關，一般用鋼量為l5～30kg/m²，接近在相同條件下混凝土結構的用鋼量，節約木材、水泥等建筑材料，可大幅度降低結構的自重，且門式輕鋼結構通常采用輕鋼屋面、彩色壓型板或夾芯板墻體材料，檀條為自重較輕的C型或Z型冷彎薄壁型鋼檀條，自重輕，一般為鋼筋混凝土結構的1/10～3/10；在通常地質條件下采用柱下混凝土基礎即可滿足承載力要求，無需打樁，大大縮短建設周期。從大量工程統計，輕鋼門式剛架房屋在每平方米上小于或接近鋼筋混凝土結構的造價，但工期是傳統鋼筋混凝土結構的1/3～1/2，考慮資金收益，門式輕鋼結構房屋比傳統的鋼筋混凝土結構總體上節約建設資金。

    (2)供貨迅速。輕鋼結構所用材料均為常規材料，其圍護系統所用的壓型板及配件，以及 C型和Z型鋼檀條的生產廠家非常多，一般一座1萬平方米左右的單層廠房從設計到交付使用僅需3～4個月時間。

    (3)屋面壓型板，尤其是墻面彩色壓型板，具有輕質高效、色彩鮮艷、造型美觀等特點，一般在墻面板封閉完后即告完工，無需再進行裝飾。內部可根據工藝生產的特點及業主的要求進行設計，一般經濟跨度為18m-36m，目前國內做到單跨72m。輕鋼結構的桿件尺寸較小，房屋內部空曠、利用率高。

3、適用范圍

    (1)變截而柱、變截而梁，適合工業用大跨度廠房、倉庫等建筑物。

    (2)等截而柱、平底梁一般跨度9m～48m檐高3m～9m，房而坡度1/12、1/16和1/20，柱  距6m～9m用于超市、食堂、禮堂等，該系統跨度9m～24m，檐高3m～7m，屋面坡度1/12、1/16、1/20和1/24，柱距6m～9m。

    (3)具備單跨的特點，加設內柱后體型更加龐大，內部布置更為緊湊，適用于倉庫、展  覽廳、輕工業廠房，一般跨度為36m。10m，檐高3m～9m，屋麗坡度1/12、1/16和1/20，柱柜6m～9m。

4、力學模型

    輕型門式剛架的形式很多，柱角與基礎通常做成鉸接，多跨剛架的中柱通常多采用搖擺柱，當柱子高度較大時，為控制風荷載作用下的頂位移值，柱腳宜做成剛接，多跨剛架的中柱與橫梁的連接也宜采用剛接。門式剛架主要受力框架的梁柱應優先采用實腹式構件，無吊車的房屋，當跨度不超過l5m、柱高不超過6m，可采用等截面而，柱可用寬翼緣H型鋼，梁可采用窄翼緣H型鋼。當跨度大于l5m，柱高7m以上以及有吊車時，宜采用變截麗梁和柱，柱通常為楔形桿件，橫梁通常做成加腋梁，加腋長度一般為跨度的l/6～1/5，楔形柱的最大截面高度取最小截而高度的2-3倍。

    門式剛架的腹板主要以抗拉剪為主，宜將構件設計成高而窄的截面形式，能充分利用材料，最小截而可取跨度的1/45～1/60，截而高寬比取3～5。構件的平而外穩定可通過設置隅撐來保證。為使結構具有整體穩定，縱向通常設置南十字交叉圓鋼組成的豎向支撐及屋而橫向水平支撐，同時，在柱項與屋脊設置剛性系桿。在工程中，當屋而與檀條連接可靠時，可采用型鋼檀條兼做剛性系桿。同時采用單層壓型鋼板屋面時，檀條之間要設拉條，以防止檀條出平而的撓度較大。

    門式剛架房屋剛架的間距與剛架的跨度、屋而荷載、檀條的形式有關，筆者通過大量的計算發現，隨著柱距的增大，剛架的用鋼量是逐漸下降的，當柱距增大到一定數值后，剛架的用鋼量隨柱距的增大下降的幅度較為平緩，而其他如檀條、墻架的用鋼量隨著柱距的增大而增加房屋的總體用鋼量隨著往距的增大而先下降后上升。一般情況下，門式架的柱距取6m～8m為優。

5、風荷載的計算

    門式剛架輕型房屋的自重輕、高寬比小，對風荷載十分敏感，在《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》中有著特別的規定，該技術規定將房屋分成封閉式、半封閉式和開敞式，并按屋面坡度分成10″、l0″～30″、30。～45″和90″四種情況(45“～90″由插值得出)。按房屋的受風部位又有中間區和端區兩種情況，其風荷載體型系數取值不同，具體內容參見規范。另外門式剛架房屋屋蓋所受的風吸力較大，檀條在風吸力作用下有可能出現翼緣失穩，在設計時應予以注意。門式剛架通過近幾年的開發和應用，已具備完善的體系，同時較成熟的設計軟件，也使其在設計、制圖、加工和安裝過程更具規模和系統化，某些軟件已能有效地完成從設計、詳圖、材料加工、切割到施工等一系列過程，隨著鋼結構的不斷發展，它的前景將更加廣泛。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)