山东科技大学 建筑与土木工程学院 山东青岛 266000
摘要：随着科学技术的进步和建筑行业的大力发展，越来越多的新型材料和结构应用到建设当中。钢架结构是目前应用最为广泛的一种结构，其中门式钢架结构更是被普遍使用。本文简要介绍了门式钢架结构的概况，并通过对门式钢架结构的分析，介绍了门式钢架的特点和优势。然后结合对门式结构的学习对门式钢架设计中的要点做了简要介绍，方便和同行进行交流学习，有利于对门式钢架结构设计有较为完整的认识。
关键词：门式钢架；特点；设计要点
1.门式钢架简介
门式刚架结构是指以轻型焊接H型钢、轧制H型钢或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式或格构式门式刚架作为主要承重骨架；以冷弯薄壁型钢（槽形、卷边槽形、z形等）做檩条、墙梁；压型金属板作为屋面墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酪泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系，根据设计的要求可以采用具有不同性能的钢材，但是必须满足建筑的最低要求，这样才能保证建筑物整体的结构性能。在我国经济的大力发展下，我国工业也得到了迅猛发展，这就为门式钢架的发展提供了更为广阔的市场。在不断的发展过程中，门式钢架也经历了调整和创新，目前形成了一个较为标准、完善的结构体系。也逐渐显现出了门式钢架结构的优势，具有广阔的的发展前途，继续探讨、研究门式钢架结构具有重要的作用和意义。
2.门式钢架结构的特点
2.1门式钢架优势
2.1.1自重轻、占地面积小
一般门式钢架的承重结构的用钢量一般为10~30kg/m2，自重约仅为钢筋混凝土结构的1/20~1/30，普通钢结构的1/2~1/3。相比之下大大减小了自重，由此也减小地震作用，降低了基础工程的费用。同时，门式结构占地面积小，与钢筋混凝土结构相比可以有效提高占地面积的使用率，扩大了厂房的使用面积。
2.1.2工业化程度高，施工周期短
门式钢架的主要构件易于实现标准化、工业化，其加工制作均可以在工厂进行。这样就可以提升施工的速度，节约施工的时间，减少成本。门式钢架建筑工程只需要根据不同部件的位置进行合理的连接和固定，就可以完成基本的工程。同混凝土结构相比没有冷却和凝固等繁琐的步骤，这就大大缩短了工程时间，节省了建筑成本。同时，门式钢架在搭建的过程中，不需要大型的施工设备，并且可以多个位置同时施工。又可以大大减少工程时间，达到简便、快速、安全的目的。
2.1.3性能强，材料环保，综合效益好
门式钢架所用材料都是节约资源的持久性建筑材料。大部分材料可回收利用、再生或降解，不会造成以往施工过程中较多的垃圾。施工现场湿作业少，尘埃少，对周围环境污染少。符合环保和可持续发展的要求，当结构不再被使用后，方便拆除和回收，提高了土地、资源的利用率。门式钢架结构刚度、强度大，受灾害影响作用小，使用稳定。投资效益快，资金回报率高。
2.2门式钢架的改善和发展
钢材材料都面临着腐蚀问题，未涂装的钢材因为长期暴露在外面，在自然环境的侵蚀下会锈蚀，导致其自身承载能力下降，使用寿命缩短。因此在设计和施工中要解决钢结构涂装的问题，可以在其表面涂敷防腐涂料，使其在钢材表面结成一层薄膜来保护钢结构。目前的主要做法是先刷红丹防锈底漆两度，钢结构安装调整后再刷面漆两度。在建设部门把门式钢架作为房屋体系发展的方向之一后，未来门式钢架会越来越应用到工程结构中，在不断优化门式钢架结构性能和解决锈蚀问题的同时，还会主要研究钢架结构的抗震设计、安全设计，把门式钢架结构作为主要结构应用到社会中去。
3.门式钢架结构的设计
3.1铰接、刚接的方式
门式刚架的梁、柱多采用焊接变截面的H型截面，根据有关规范的操作规定，单跨刚架的梁-柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用。柱脚可与基础刚接或铰接。在没有大重量吊车时，柱脚首先选用铰接的方式，利用地脚螺栓进行支座设计，如果是工业建筑的话，应该采用刚接，以确保柱脚稳定性和承压力。
此外不管是铰接还是刚接方式的选择，还需要注意建筑高度、土质等因素的影响，选择合适的连接方式。
3.2柱网布置的确定
门式刚架结构的柱网布置首先应满足工艺使用的要求，在设计中要合理的选择柱网尺寸，除了考虑工艺使用要求外，柱网尺寸（柱距、跨度等）的合理选定还应综合考虑结构用钢量、工期、基础工程等诸多因素的影响，本文结合实际工程设计经验及有关资料，针对主要影响柱网合理选用的主要变化因素，如柱距、跨度的变化、不同钢号及荷载大小的变化及有无吊车。根据设计实践，柱网的安排应当遵循以下方面：
①计算表明当檐高、柱距、荷载情况完全一致下，跨度的不同导致用钢量的使用不同，设计门式钢架时应适当的选择经济跨度，不要盲目追求大跨度。
②随着柱距的增大，其他结构部分的用钢量也随之增加，特别对于吊车梁，因为柱距较大，要采用格构式，其用钢量占比例较大，并超过钢架用钢量：其次是檩条，在长细比的要求下，用钢量也增加的比较快，设计时要比较综合效益，选择最佳方案。
3.3门式钢架荷载取值
门式钢架房屋上作用的荷载一般包括：竖向荷载（结构自重、雪荷载等）和水平荷载（风荷载、吊车刹车力），还有地震荷载（水平和竖向）。由于轻钢结构自重较轻，所以对地震的反应也较轻，所以地震作用比较小，这一点对抗震非常有利。
3.4钢架的内力和位移计算
①计算钢架的内力时，对于等截面的柱采用塑性分析方法；对于变截面柱采用弹性分析方法，钢架的内力可以采用有限元法程序计算，对于地震作用效应可以采用底部剪力法。根据不同的荷载组合，计算出钢架各个截面的内力组合取值。
②钢架的位移计算主要是计算钢架的侧移，变截面柱的柱顶侧移可以采用弹性分析方法，然后通过验算判断其侧移刚度是否满足要求，如果不满足要求，可以采用增大住的截面等方式来重新计算、验算。
3.5檩条和墙梁的布置
屋面檩条一般应等间距布置。但在屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道檩条，使得屋面板的外伸宽度不要太长（一般小于200mm）；在天沟附近应布置一道檩条，以便与天沟固定。确定檩条间距时，应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素，这些均按计算确定。侧墙墙梁的布置要考虑门窗，挑檐，遮雨蓬等的要求。墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距由墙板板型及规格确定，且不应大于计算要求的值。
3.6支撑的布置
①屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按照容许长细比进行选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计，可采用单角钢，非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成“十”字形或“Ｔ”形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且风压较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时，可假定在水平荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。
②柱间支撑分为上层支撑和下层支撑。对于上层支撑的计算，为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力，支撑腹杆按柔性拉杆计算。交叉体系的下层支撑当吊车较小时一般用圆钢，较大时应采用角钢或槽钢。为了提高厂房纵向刚度，当吊车较大时，应交叉斜杆应按拉杆计。
4.总结
我们要重视通过对设计要点和重点的把握及合理配置，有效地起到方便制作、安装，节约钢材用量的作用。要不断提高结构技术和应用的实践和理论水平，门式钢架已经从民用转移到工业用途，成为建筑行业的重点。通过对门式钢架结构的不断改进和完善，充分利用起钢架结构的优势。
参考文献：
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[2]陈彬彬.浅谈轻型门式钢架的设计与应用[J].建筑钢结构.2013.11
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