門式鋼架結構的穩定性設計研究

馬建華

【摘 要】門式鋼架作為經典的輕鋼結構，是目前我國發展相對較快使用廣泛的結構之一，隨著國家經濟發展步伐加快，對作為主要承重結構的門式鋼架的研究逐漸深入，在已知的高強度、輕重量、強韌性、塑性強的基礎上挖掘更深層次的穩定特點。本文首先闡述門式鋼架結構穩定性具體表現，分析目前存在于門式鋼架結構研究的相關問題，最終找到門式鋼架結構穩定性設計的要點，力爭為相關領域的研究貢獻綿薄之力。

【關鍵詞】門式鋼架結構；穩定性設計；設計研究

引言

20世紀60年代門式鋼架結構開始在我國興起，到了90年代，隨著我國彩色鋼板生產發展速度加開，門式鋼架結構進入新的發展時期，隨著實踐研究的深化，門式鋼架結構實用范圍越來越廣泛，通過研究可知門式鋼架結構具有許多有點，如強度高、重量輕等，門式鋼架結構自重約為30kg/㎡，對比普通鋼架結構基礎造價節省許多，并且由于其自身強度高，在大跨度等大面積柱網應用非常方便，再有門式鋼架抗震效果好，加之構件工廠化，生產速度快，有利于產業化建設發展，隨著綠色建筑的推行，門式鋼架的可拆卸利用與環保特性廣被認可?，F行的門式鋼架的設計原則是保證整體穩定的情況下，通過調試板件寬厚比率與壓桿規格來保證局部穩定性。

一、門式鋼架結構穩定性的基本表現

柱網、拉條、山墻骨架等構成門式鋼架結構，由于門式鋼架本身具備明顯的穩定性特點，被大部分廠家應用于廠房、車庫等倉儲建筑，根據我們考察可以看出，門式鋼架結構穩定性具體表現為，與相關類似的鋼結構排架相對，門式鋼架的H形衡量立柱連接方式可以承受垂直分布壓力，對其傳遞的彎矩有相當大的承載能力，這就控制了彎矩峰值。門式鋼架的立柱與衡量采用鉸接的連接方式，荷載分布均勻，鋼架跨中彎矩的峰值大于門式鋼架，這就更凸顯了鋼架結構的穩定性，優勢更加明顯。在實際應用中，倘若采用無鉸門式鋼架結構，其柱腳與基礎連接后，結構壓力分布均勻，但凡地基條件沒有特殊改變，柱腳產生的軸向壓力一起作用在基礎上，強化機構剛度，滿足地基條件下的門式鋼架結構的穩定性要求。倘若利用兩鉸門式鋼架，連接方式為鉸接，荷載作用遠遠超過無鉸門鋼架結構，基于此，我們可以看出門式鋼架結構穩定性強，積極利用這種穩定性為建筑服務有利于促進相關行業的發展。

二、門式鋼架結構設計中普遍存在的問題

1.荷載取值問題

我們沿用多年0.3KN/m的框架荷載，隨著建筑設計發展，屋面結構含屋面板與檁條，此時荷載就要提高至0.5KN/m，在我國的《鋼結構設計規范》中規定，無須上人的屋面活荷載應為0.5KN/ m，構建荷載面積與折減系數也有具體規定，目前我國門式鋼架通常符合該規定，為與鋼結構設計規范保持一致，我們通常選擇沿用0.3KN/m這一荷載值，對比國外，發現中外差距較大，國外的荷載值在0.15- 0.5KN/m之間，如遇到國外的鋼架結構的使用，在設計時需要適當提高荷載值。根據調查，現行的門式鋼架機構中鋼架衡量比較細，檁條相對小一些，這就是人為減少荷載值，需要我們格外注意存在的偷工減料的現象。

2.控制屋脊垂度

在我國屋斜梁豎向撓度值應為1/180，這就需要我們經一步驗算屋脊垂度，這是我們一直以來慣于忽略的問題，曾經不予以計算。通常我們會將構架分段，通過截斷記性程序計算，對各個段的橫向與縱向的位移有精準的數據記錄，對比允許值與跨中垂度不能超過標準值。其中跨中垂度是屋面剛度的體現，如果剛度小就意味著豎向變形大，倘若剛度本來就小，屋脊下垂后極其容易引起房屋漏水。部分工程中屋面豎向剛度相對小，鋼架與屋面呈現斜角進而導致屋面變形。

3.換柱問題

一些門式鋼架的設計采用鋼筋混凝土及輕鋼斜架構成，輕鋼斜架采用豎放式端板預埋螺栓連接砼柱，達到節省成本的目的，在建造廠房時，通常利用砼柱與鋼結構桁架搭成框架結構，這樣的構建只能選擇鉸接，在多層建筑中國，鋼梁與墻的連接也是這樣。砼柱相對較脆，連接時容易受外力影響產生松動。在部分設計中，門式鋼架需要按照要求將鋼柱換成砼柱，此時要保證鋼梁不變是不可能的，由于連接不同，受力也各不相同，工程斜梁變細與此有關。

4.檁條問題

檁條計算存在隱患。檁條是冷彎薄壁構件，受力時會玩去，對檁條強度計算主要參考有效寬度，利用相關軟件進行精確計算，但個別設計人員不了解設計算原理、計算軟件，設計不僅要參考數據還要有明確的判斷。除此之外，設計人員有時會忽略凈斷面及釘孔減弱，根據計算可知當釘孔減弱超過6%以后就會對梁產生影響，因此通常我們對鋼架結構分析采用全截的方法。

三、門式鋼架結構穩定性設計研究

1.承重結構穩定性

門式鋼架結構的承重與間距、跨度及屋面荷載息息相關，結構柱距發生變化會引起鋼架的用鋼量，如前者增大后者便會變小，這就告訴我們門式鋼架承重設計需要優化柱距，承重結構組成就是鋼架與基礎，在鋼架連接墻梁與壓型鋼板后，它們與支撐完成結構體的受力，在設計時注重高建筑物位移與變形限值得具體要求，門式鋼架結構代替了傳統的排架結構，減少用鋼量，制定出科學合理的承重結構方案。

2.支撐結構穩定性

門式鋼架職稱結構主要有剛性系桿構架完成，設計內容設計到型鋼或鋼管的選擇，剛性系桿以鉸接的方式與鋼架結合，通過系桿構件截面可以算出穩定性的基本系數，確定鋼架轉角與屋脊的連接位置。除此之外剛性系桿間的距離應滿足平面的穩定性要求，通常剛性系桿的材料剛度比較大，為了起到完美的支撐作用，需要采用拉桿或壓桿支撐的方法，其中拉桿支撐適用于較矮的建筑，壓桿支撐要考慮溫度單元的中間位置，在相關設計規范條件下，將屋面梁間水平支撐與柱間垂直支撐放在同一開間，其中水平支撐位于建筑物溫度縫開間位置，更好的發揮空間協同作用。

3.檁條穩定性

門式結構重要的穩定性構件是受彎構件，其中重要的受彎構件就是檁條。在門式結構穩定設計中，我們要沿著截面形成兩個主軸方向的內力，對此進行深入分析，再計算出彎矩的強度、變形與穩定性等相關數據，檁條的壓彎板件的寬裕厚都比較大，在受壓情況下，會出現彎曲的形態體現，這時強度計算還需考慮面板約束的有效性，借此減弱原來截面強度，我們認為計算時的凈截面是提高檁條應力的重要因素，檁條不僅有利于屋面板與懸掛面板的支撐，同時有利于鋼架梁柱支撐，這也是鋼架平面外結構穩定性的具體體現。

4.拉條與撐桿的穩定性

拉條是應檁條側向剛度不足時設置的構件，對于檁條側向剛度大時，不需要拉條輔助，不如輕型H型結構，但當檁條側向剛度薄弱時為避免檁條出現變形或彎曲，需要再中間設置拉條，通過側向支撐保證結構穩定性。在設置拉條時要考慮檁條跨度，6米以內的跨度拉條需放在檐口，6米以上拉條放置在檁條三分點位置上，同時配合斜置拉條。拉條的直徑需要考慮荷載與檁條距離，8- 12米之間除了利用拉條保持穩定性外還要防止撐桿，撐桿通常采用鋼管、方管等，同時也要輔助斜置拉條。

結束語

綜上門式鋼架具有相當明顯的穩定性，對于門式鋼架結構穩定型設計包括承重穩定、支撐穩定、檁條使用、拉條與撐桿設計使用等，只要我們把握好設計要點，進行合理配置一定能實現門式鋼架結構穩定性的推廣與使用，為相關產業的發展貢獻力量。

參考文獻：

[1]李志通.門式剛架設計中風荷載體型系數的研究[j]，鋼結構，2008（02）.

[2]萬春.輕型門式鋼架結構的設計和應用[j].四川水力發電，2010 （4）：87- 88.

[3]藍碧峰.輕型門式鋼架結構工程淺析[j].科學與財富，2012（8）：147.