郗忠偉

【摘? 要】隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，廠房工程建造技術也不斷提高，很多企業(yè)在建造廠房時使用大跨度門式剛架，因為這一施工結構的造價成本較低，并且具有一定的美觀性，同時安裝技術非常簡便，因此得到很多施工企業(yè)的高度重視，甚至在許多的高層建筑、倉庫、展覽廳當中也十分常見。基于此，論文主要對大跨度門式剛架輕鋼廠房的設計與應用進行探討，從構造、應用等方面研究其設計要點，針對一些剛架輕鋼廠房設計中需要注意的問題進行全面的研究，并提出適當?shù)慕ㄗh。

【Abstract】Many enterprises use large-span gabled frames when constructing workshops. Because the construction structure has low cost， certain aesthetics and simple installation technology， it has been highly valued by many construction enterprises， and is even very common in many high-rise buildings， warehouses and exhibition halls. Based on this， this paper mainly discusses the design and application of light steel workshop with large-span gabled frames， studies its design key points from the aspects of structure and application， makes a comprehensive study on some problems needing attention in the design of light steel workshop with large-span gabled frames， and puts forward appropriate suggestions.

【關鍵詞】門式剛架;廠房設計;應用;建議

【Keywords】glabled frames; workshop design; application; suggestion

【中圖分類號】TU392.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）12-0179-03

1 引言

相對于傳統(tǒng)的廠房建筑，大跨度門式剛架廠房由于工作量較小，能夠為企業(yè)節(jié)省很多的成本，并且綜合效益要更高，拆卸也非常方便，適合于各種企業(yè)的施工建設，工期較短。如果企業(yè)想快速建造廠房，大跨度門式剛架輕鋼廠房是一個非常好的選擇。近年來，很多的企業(yè)都開始著手于大跨度門式剛架輕鋼廠房的設計工作，但在現(xiàn)階段的工程建設中仍然會存在一些質量問題，論文仔細闡述門式剛架設計技術要點等內容，希望能給各行企業(yè)帶來一點思考與啟發(fā)。

2 大跨度門式剛架結構的特點及適用范圍

近年來，工業(yè)的生產(chǎn)水平逐年提高，制造加工的條件得到有效的改善，整體工業(yè)化進程進入新時代。建筑行業(yè)的技術含量及運用價值都得到了跨越式的進步，大跨度門式剛架輕鋼廠房是彩鋼板制作成型材的結構，由于重量較輕，抗震效果好，符合我國大力發(fā)展綠色建筑的要求，受到了很多建筑師的青睞，特別是這種建筑結構有著得天獨厚的優(yōu)勢，給企業(yè)帶來更高的安全性能和經(jīng)濟效益。目前我國各行各業(yè)都開始加大對大跨度門式剛架輕鋼廠房的應用，使用成熟的鋼結構技術，將信息化、智能化、人性化與其相結合，致使大跨度門式剛架輕鋼廠房的發(fā)展前景更為明朗。目前適用于大跨度門式剛架輕鋼廠房的規(guī)程為《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》，在規(guī)程中詳細規(guī)定了剛架的跨度不能超過36m，整體房屋高度在4～9m，房屋整體的剛度結構設備應進一步加強。

3 大跨度門式剛架廠房設計要點

3.1 節(jié)省成本，合理布置結構

在正常情況下，大跨度門式剛架廠房一般會根據(jù)實際建筑的使用情況和工藝要求來確定，通常會采用9～35m，跨度在20～30m，有著最高的性價比。剛架的用鋼量一般要根據(jù)其間距的大小而定，但吊車梁用鋼量會隨剛架間距的增大而增加，對照以往的施工經(jīng)驗，可以發(fā)現(xiàn)用無橋式吊車5～8m并與跨度相匹配，大跨度往往采用大柱距，在3～5m最為適合，如果使用10t以上的吊車或較大的懸掛荷載時柱距在6m左右。

平均的門式剛架高度在4～9m，而且橋式吊車不超過12m，屋面的坡路在1/8～21/1，屋面排水滿足生產(chǎn)要求，盡量取坡度的最小值，可以有效減少風荷載，節(jié)省建筑材料，如果風荷載不是很大，房屋高度不高時可以適當?shù)販p少剛架的用鋼量，在剛架中間柱可采用兩端均為鉸接的方式。

如果廠房的建筑設計跨度不是很大，可以采用單脊雙坡的形式，在其他條件都滿足的情況下，在房脊兩側各需一根檁條，多一根房脊就需要多一根檁條，同時也要增加室內排水溝的用料，避免出現(xiàn)刮風下雨的情況，導致廠房積水積雪，增加廠房的荷載，如果負載過大會滲漏到廠房當中，給企業(yè)造成影響，如果廠房的跨度大，可以通過位移控制設計，采用雙坡增加剛架的用鋼量。因此，從節(jié)省成本、增加經(jīng)濟效益的角度來講，可以采用多脊多坡的方式。

3.2 構件截面設計

要充分發(fā)揮材料的作用，根據(jù)大跨度門式剛架的結構設計，節(jié)省用鋼材料，一般會采用變截面的梁柱，通過改變截面的高度，必要時改變腹板厚度的方式。當有橋式吊車時柱采用等截面構件，屋面荷載較輕，鋼梁跨度大，工字形截面在受彎構件中以受剪為主。門式剛架則考慮，充分利用板件屈曲后的強度，當截面不滿足要求時，需要優(yōu)先加厚翼緣版，可取得較好的經(jīng)濟效果。設計中也可以簡化門式剛架的柱腳結構，減輕基礎要求，進一步壓縮建筑造價，如果有橋式吊車，并且側向剛度有嚴格要求時，柱腳則應該設計為鋼接。

3.3 支撐結構的布置與構造

大跨度門式框架的支撐體系，包括剛性系桿、柱間支撐和橫向支撐。整個知識體系可以保障剛架的整體穩(wěn)定性，并且可以把縱向水平荷載傳遞到基礎。在設置柱間支撐時，可同時設置房蓋的橫向支撐，形成幾何不變體系，在剛架轉折處設置剛性系桿。如果廠房的柱較高，而且沒有吊車可根據(jù)支撐的夾角設置雙層柱間支撐，保持支撐與水面夾角在30°～60°，以吊車做縱向系桿設置，上下兩層柱間支撐，不設置下層支撐，以減少吊車梁的溫度應力。一旦上述高度采用十字形柱間支撐的角度少于30°時，上柱支撐可采用人字形或W形支撐。柱間支撐在無吊車廠房內，可采用張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐，有5t以上吊車時，柱間支撐應采用型鋼支撐，設置屋蓋縱向支撐提高吊車梁的側向剛度。

3.4 隅撐的設置

在建造時，要考慮到剛架橫梁有可能受壓，必須在受壓兩側布置軸承作為橫梁的側向支撐。在實際的建設過程當中，往往會以隅撐作為鋼梁平面外的支點來減小鋼梁的壓力，提高整體建筑結構的穩(wěn)定性，適當減少支撐長度，增加內力。在施工中通過設置隅撐，確保安裝精密度一般每隔1根檁條設置1道隅撐，中間的間隔為2～4m，進行隅撐設計時也要注意以下幾點問題：

第一，如果鋼梁截面較大時，應按固定規(guī)程精確算出隅撐的強度。

第二，與隅撐相接的檁條厚度不易太薄，如果低于2mm將無法起到對鋼梁的支撐效果，所以，也需要提前算出檁條局部的承壓能力。

第三，關于設置隅撐的鋼柱外計算長度是否可以按間距來測量，目前尚存在爭議，在沒有經(jīng)驗的情況下，建議取隅撐間距的1.1倍[1]。

3.5 大跨度門式剛架端板連接設計

為了提高施工的便利性，所常使用的剛架跨度為15～36m，采用運輸加工分段進行的方式到現(xiàn)場進行拼接安裝，在安裝過程當中涉及端板結構連接特點設計的內容，其中端板連接是整個節(jié)點連接設計中性價比最高的方式，廣泛應用在大跨度輕型門式剛架中，與翼緣拼接和常用的腹板拼接方式相比，端板連接更能夠降低材料的成本，而且能增加整體構造的穩(wěn)固性，現(xiàn)場拼接的方式也較為方便。端板拼接有3種形式，分別為豎放、斜放和橫放。端板連接也考驗其承受的彎矩和剪力，按最大應力設計，采用高強度螺栓，端板連接螺栓應呈對稱布置，不宜少于2排。端板的厚度也不能小于1cm，采用全熔透對接焊縫的技術，將翼緣與端板之間進行焊縫，確保焊接的質量。

3.6 屋面活荷載取值

目前，市面上所使用的大跨度門式剛架設計結構，主要是根據(jù)相關的設計規(guī)范內容進行制作，經(jīng)過調查發(fā)現(xiàn)鋼結構設計規(guī)范當中對活荷載的規(guī)定為0.5kN/m2，但是如果構件的荷載面積更大，可乘折減系數(shù)0.6。大跨度門式剛架符合這種條件，取活荷載數(shù)為0.3kN/m2。

國內外對此數(shù)據(jù)有了較大的差異，國外的該房屋設計中需要考慮到0.15～0.5kN/m2的附加荷載，但在我國的設計內容當中并沒有此類的描述。所以有些廠房框架的柱梁太細，克扣負載，如果遇到大風等惡劣天氣有可能會超出負載額度，很容易使廠房出現(xiàn)安全問題，因此，在建造大跨度門式剛架時一定要注重房屋的活荷載取值，不能一味地克扣荷載，保障廠房的穩(wěn)定性。

3.7 需計算好合理的跨度

跨度問題在很大程度上影響著廠房結構的穩(wěn)定性，由于不同生產(chǎn)流程的工藝在使用的時候可能有很大的差距，因此有些企業(yè)甚至希望能夠根據(jù)自己的使用要求來合理配置廠房形式與大小。這種情況下需要提前計算哪一種跨度能夠幫助企業(yè)節(jié)省成本，盡可能地滿足生產(chǎn)工藝要求，根據(jù)房屋的高度確定合理的跨度，首先需要計算梁高和荷載。確定2項數(shù)值后，適當加大跨度剛架的用鋼量，但整體的造價會較低，能進一步節(jié)省空間，所以帶來的綜合效果非常好，通過計算，發(fā)現(xiàn)如果房檐過高跨度過大，采用中間設置搖擺柱的方式，鋼量較單跨剛架能節(jié)省20%左右，因此，在設計的時候應該選用較為經(jīng)濟的跨度[2]。

3.8 剛架間距的確定

房價的間距與房屋荷載跨度等因素相關，選用較大的間距會發(fā)現(xiàn)檁條的用鋼量不經(jīng)濟。為符合規(guī)范要求，剛架柱的間距在6～9m最為適合。

3.9 柱腳的抗風措施

在實際的工程當中，偶爾會聽說在大風時會把剛架柱子連根拔起，其實最主要的原因并不是由于荷載計算錯誤，而是在支撐柱間時忘記考慮支撐傳給柱腳的力。尤其是房屋的縱向尺度較小，只涉及少量的柱間來抵抗風荷載，支撐會給柱腳帶來很大的拉力，如果柱腳沒有可靠的固定措施，很有可能會連根拔起，因此在容易刮大風的地區(qū)，要額外注意柱腳的抗風措施，如在柱腳設置描栓端部設描版等[3]。

3.10 防火設計方面

眾所周知，大跨度門式剛架雖然有很多的優(yōu)點，但是對火災的防護性能較差，尤其是廠房的溫度變化較大時，內部的屈曲強度和彈性模量都會隨著溫度的升高而降低。如突發(fā)火災，溫度的急速上升會使廠房的鋼結構失去自身的承受能力，從而導致廠房的坍塌，為了能夠提高鋼結構在高溫下的穩(wěn)定性，有必要對鋼結構采取保護措施。需要對火災的危險類別進行劃分，全體的設計人員確定門式剛架，輕鋼廠房的防火等級，同時根據(jù)我國的規(guī)范和防護要求，確保鋼構件的質量，在最大限度上避免高溫給鋼結構帶來的負面影響。同時也可以采用在鋼結構表面涂防火材料的措施，提高鋼結構廠房的防火性能。除此之外，鋼結構的設計更要從大局出發(fā)，多角度地考慮好設計工作，如按國家規(guī)范要求，設置疏散電梯安全出口，以便突遇火災時，廠房內的工作人員可以在最短的時間內緊急撤離，避免企業(yè)的經(jīng)濟損失，保證工作人員的人身安全。

3.11 防水設計方面

大跨度門式剛架廠房所需要的材料是金屬彩鋼板，雖然很美觀但是防水問題也一直存在，做好防水設計是建筑大跨度門式剛架廠房的必要工作。由于金屬彩鋼板自身的熱系數(shù)較大，當接觸到的外界環(huán)境發(fā)生較大的溫度變化時，會產(chǎn)生一定的溫差變化，溫度變化會收縮彩鋼板，從而使接口處產(chǎn)生位移誤差，因此極容易出現(xiàn)漏水問題，在彩鋼板的接口處是漏水問題的高發(fā)區(qū)域。鋼結構體系中，鋼結構本身容易受到溫度變化，風荷載等外力的作用容易產(chǎn)生形變，支點連接處也容易產(chǎn)生漏水隱患。特殊部位由于材料的銜接不同，受到溫度變化產(chǎn)生的應力不同步，需要及時修補漏水隱患。對于金屬彩鋼板的防水設計，要采用以導為主、以堵為輔的方式，重視整個設計的施工過程，將防水工程作為一個系統(tǒng)工程來做。在設計階段要考慮到大跨度門式剛架廠房的坡度、坡長、構件等諸多因素，科學地采用彩鋼板的規(guī)格。設計合理的截面和充足的落水點，出具詳細的防水構造措施，從理論上減少漏水的可能性。施工過程當中，施工人員也應該對設計進行改良，并且在施工中監(jiān)督施工環(huán)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時地整改，做好驗收工作，記錄房屋淋水試驗，嚴格把控施工質量。即使在驗收之后也應該定期進行檢修，確定沒有任何的漏水隱患后才可投入使用[4]。

3.12 計算剛架的側移內力

現(xiàn)階段，計算內力的過程中可用的方法是有很多的，在門式變截面剛架結構的內力計算過程中通常運用彈性分析法，雖然通過其他的計算方法也可以得到所需的參數(shù)，但是計算的基礎精準度沒有彈性分析法的精準度要高。另外，塑性分析法也是一種常用的方法，但是這種方法僅僅用在剛架擁有全部等截面的鋼柱內力計算過程中。在具體的計算過程中，通常是運用單元桿系有限元的方式，計算所需要的參數(shù)相對來說是比較復雜的，在地震過程中所產(chǎn)生的效應作用可以利用該方法進行確定。同時，根據(jù)不同的荷載情況確定內力結果。在具體分析過程中，要確定不同荷載的具體組合情況，組合不同所造成的內力結果也是有很大差距的。在計算過程中，盡量找出截面受控的內力組合，將截面的位置控制在筑底連接柱頂以及跨梁的截面上。最后，側移內力的影響因素相對來說是比較多的，因此，在計算過程中必須要確定哪些因素是主要的影響因素，哪些是次要的影響因素，由于在計算的過程中通常是運用彈性分析法來確定，所以在具體的計算過程中僅需要獲取標準荷載的數(shù)值，雖然其他的一些數(shù)據(jù)也會對最終的結果造成一定的影響，如分項荷載的系數(shù)，但是由于該系數(shù)的復雜程度比較高，所以在計算過程中，一般不考慮它的影響。剛架側移內力的計算分析結果對于剛架結構的建設是非常重要的，在后期的搭建過程中，還需要根據(jù)測移的具體數(shù)值來選擇相應的建設位置，因此，必須要重視該過程。

4 結語

總而言之，由于我國的鋼結構企業(yè)發(fā)展較晚，在實際設計當中對很多的施工細節(jié)可能要經(jīng)過多次的運算才能確定，再加上很多的工作人員施工經(jīng)驗不豐富，導致施工效果不理想，整體的結構穩(wěn)定性不高，所以需要設計人員進一步學習鋼結構的知識，改變設計觀念，對現(xiàn)在所存在的問題進行完善，確保提高工程的設計質量，推動我國門式剛架新型鋼結構的進一步發(fā)展。

【參考文獻】

【1】梁匯溪.大跨度門式剛架斜梁塑性承載力應用研究[D].沈陽：沈陽大學，2017.

【2】張博.大跨度門式剛架結構設計與分析[D].邯鄲：河北工程大學，2014.

【3】董超超.大跨度門式剛架抗風優(yōu)化設計研究[D].廣州：廣州大學，2012.

【4】潘哲霖.大跨度輕鋼廠房結構設計[J].浙江建筑，2011，28（03）：19-21.