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摘要：本文简要介绍了门式刚架轻型房屋钢结构从荷载取值、材料选择、结构计算、屋面及墙面支撑体系布置，到钢结构防火及防锈、钢结构安装的设计流程，总结设计过程中需要注意的问题，为以后的类似设计提供借鉴。
关键词：门式刚架；荷载取值；结构计算；屋面及墙面支撑体系布置
门式刚架是对门式刚架轻型房屋钢结构的简称，其构造简单、外形美观、质量轻，且便于工业化制造和快速安装，近年来在轻工业厂房和公共建筑中得到了广泛的应用。
门式刚架适用于主要承重结构为单跨或多跨实腹式门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1~A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构。其跨度宜为9~36m，平均高度宜为4.5~9m，当设有桥式吊车时不宜大于12m。此外，门式刚架不适用于强侵蚀介质环境中的房屋。
1.荷载取值
作用在门式刚架上的荷载包括结构自重、施工或检修集中荷载、屋面雪荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载以及地震作用等。其中，需要注意的是：
（1）恒荷载：压型钢板自重通常为0.05~0.14 KN/m2，夹芯板自重通常为0.12~0.25KN/ m2，檩条自重通常为0.05KN/ m2，支撑自重通常为0.10KN/ m2；悬挂荷载应按实际情况取用。
（2）屋面竖向均布活荷载：应按照水平投影面积计算，通常取0.5 KN/ m2；当受荷水平投影面积大于60 m2的刚架构件，可取0.3 KN/ m2。
（3）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑，施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑，风荷载不与地震作用同时考虑。
2.材料选择
采用的钢材除满足国家材料规范要求外，地震区钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值应不大于0.85。钢材应具有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%。钢材应具有良好的焊接性和合格的冲击韧性。
刚架构件现场连接高强螺栓性能等级为10.9级，其余螺栓采用性能等级为4.8级的C级普通螺栓；锚栓采用现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T 700-2006）规定的Q235B钢制作。
薄壁C型钢按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018-2002）选用。
3.结构计算
门式钢架的计算通常采用中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部编制的结构系列软件。建模过程中应注意的几点：
（1）当跨度较大或是房屋较高时，宜采用变截面梁、柱。在确定变截面梁分段长度比时，应先假设一个比值，待计算完成后根据弯矩包络图将分段点最终确定在反弯点或是弯矩较小处，然后再进行计算、设计。
（2）构件的受荷宽度为所计算榀在垂直刚架方向（纵向）承受恒、活、风荷载宽度，对于中间榀一般为纵向柱距，端榀一般为端榀与第二榀间距的一半。
（3）屋面梁计算长度应根据实际支撑条件进行调整。
（4）软件结构计算完成后，应逐一查看梁柱内力图、强度和稳定应力图、配筋包络图、节点位移图与钢梁挠度图等。但是，有些验算项目如局部稳定验算、格构式构件的单肢验算、缀材验算等在应力图中没有反映，全面的计算结果还应查看设计结果文件。
4.屋面及墙面支撑体系布置
门式钢架柱间支撑间距宜取30~45m，当有吊车时宜设在温度区段中间，或当温度区段较长时宜设在三分点处且间距不大于60m。在柱间支撑同一开间应设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。支撑体系应能保证在每个温度区段或分期建设的区段中能独立构成空间稳定结构。
当采用压型钢板做侧墙维护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距根据墙板板型和规格决定，但不应大于计算确定的值。
5.钢结构防火及防锈
5.1钢结构防火工程
钢结构的燃烧性能和耐火极限应根据《建筑设计防火规范》（2018年版）GB50016-2014进行确定。所选用的防火涂料必须符合现行的《钢结构防火涂料》（GB14907-2018）的规定，并获得工程所在地消防机构认可。另外，防火涂料与防锈蚀油漆（涂料）之间应进行相容性试验，试验合格后方可使用。
5.2涂装
钢构件涂装前均应彻底清除表面的毛刺、油灰及其它附着物脏物及油污。
在通常的非侵蚀性环境条件中，刚架构件的钢材表面除锈等级达到Sa2级，檩条等次要钢构除锈等级达到St2级即可。
构件除锈完成后，应在8小时（湿度较大时2-4小时）内，涂第一道漆，底漆充分干燥后，才容许次层涂装。但连接接头的接触面和工地焊缝两侧50毫米范围内安装前不涂漆，待安装后补漆。安装完毕后未刷底漆的部分及补焊、擦伤、脱漆处均应补刷底漆两遍，然后刷面漆一遍。在使用过程中应定期进行涂漆保护。
6.钢结构的安装
6.1柱脚及基础锚栓
应在混凝土短柱上用墨线及经纬仪将各柱中心线弹出，用水准仪将标高引测到锚栓上。基础底板，锚栓尺寸经复验符合《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 5020-2020）要求且基础砼强度等级达到设计强度等级的70%后放可进行钢柱安装。
钢柱脚地脚螺栓采用螺母可调平方案，钢柱脚应设置钢抗剪件，待刚架、支撑等配件安装就位，结构形成空间单元且经检测、校核几何尺寸确认无误后，应对柱底板和基础（或混凝土短柱）顶面间的空隙采用高于基础一个等级的微膨胀自流性细石砼或专用灌浆料填实，可采用压力灌浆，应确保密实。
6.2结构安装
刚架安装顺序：应先安装靠近山墙的有柱间支撑的两榀刚架，而后安装其它刚架。
刚架屋面斜梁组装：斜梁跨度较大，在地面组装时应尽量采用立拼，以防斜梁侧向变形。
檩条的安装应待刚架主结构调整定位后进行，檩条安装后应用拉杆调整平直度。
结构吊（安）装时，应采取有效措施，确保结构的稳定，并防止产生过大变形。
6.3高强螺栓施工
钢构件加工时，在钢构件高强螺栓结合部位表面除锈、喷砂后立即贴上胶带密封，待钢构件吊装拼接时用铲刀将胶带铲除干净。
高强螺栓拧断顺序应由中间向两端逐步交错将Z字型拧断，拧断完成后，应检查尾长是否符合要求。
参考文献：
[1] 中华人民共和国国家标准.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015）.北京：中国建筑工业出版社，2016
[2] 钢结构设计原理.北京：中国建筑工业出版社，2019