刘小栋
陕西省交通规划设计研究院 陕西省西安市 710065
摘要：门式刚架轻钢结构是一种建设周期短、质量可靠性高的现代建筑结构形式，其在拥有诸多优点的同时，也存在抗侧力较差等一些缺陷和问题，这就在一定程度上限制了它的应用范围，而且成为导致工程事故多发的主要原因，这是我们应该注意的一个重要问题。门式刚架轻钢结构设计工作至关重要，它直接关系着钢结构的建材用量和工程质量以及安全系数等。当前，在门式刚架轻钢结构设计中存在着一些问题，需要我们认真进行研究分析，通过采取科学有效的措施加以解决，为此工程设计人员要充分理解其结构和建造特点，在设计中必须严格遵守规范标准和相关要求，确保门式刚架轻钢结构的建设质量，使其安全性和经济性得到更好地保障。在工业厂房建筑中应用门式刚架轻钢结构是因为该结构相对简单，安装方便，且施工周期短，能在最大程度上减少钢材浪费。
关键词：门式刚架；轻钢结构；工程设计；存在问题
近年来，随着经济社会的不断发展，门式刚架轻钢结构建筑越来越多，很多工业厂房、大型仓库、体育场馆等建筑都采用门式刚架轻钢结构建造工艺。门式刚架轻钢结构具有诸多优点，例如：工程设计相对简单、施工材料用量较少、施工建设速度较快、建筑造型外观简洁等，而且钢结构具有较高的强度，抗震性能好，与普通建筑相比，其自身重量较轻，因此在工程建设领域得到广泛应用。
1 荷载取值问题
门刚厂房、仓库的几何尺寸、功能分区一般都是已定的，那么结构体系的荷载取值就是影响用钢量的一个决定性因素，而且门刚结构一般跨度大，自重轻，对荷载尤为敏感。设计荷载主要包括永久荷载、竖向可变荷载、风荷载、雪荷载、温度作用和地震作用，其中应重点关注活荷载、风荷载与雪荷载的取值。
当采用轻型屋面时，屋面活荷载标准值应取0.5kN/m2（用于计算屋面板和檩条） ，对承受荷载水平投影面积大于60m2 的刚架构件，其值可取不小于0.3 kN/m2 。
按照现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定，对风荷载比较敏感的结构，基本风压应适当提高。新版《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015在计算主刚架时取调整系数β=1.1对基本风压适当提高；计算檩条、墙梁和屋面板及其连接时取调整系数β=1.5以考虑阵风作用的要求。通过β系数使新版《门规》与《荷规》的风荷载基本协调一致。
针对近些年不断出现的大雪压垮门刚房屋的事故，新的《门规》明确提出了基本雪压的取值按100年重现期的雪压采用，并应考虑积雪分布系数，在设计时与屋面活荷载作为互斥荷载考虑，按最不利情况采用。设计中宜采用单坡或双坡屋面；对高低跨屋面，宜采用较小的屋面坡度；减少女儿墙等屋面突出物，以降低积雪危害。在高低屋面及相邻屋面高低满足一定条件时，还应考虑雪堆积和漂移[1]。
2 支撑系统布置问题
门式刚架轻钢结构主要是一种平面受力结构，可以较好地承受平面内的荷载，但平面外的荷载则需通过各类支撑体系来解决。在实际应用中通过设置屋面水平支撑和柱间支撑进行来传递房屋纵向的各类荷载。支撑的设置应根据房屋纵向柱距、受力情况和温度区段等条件确定。支撑间距宜取30m~45m。端部支撑宜设置在房屋端部第一或第二开间。为保证整个结构的合理性、稳定性，往往会要求屋面水平支撑和柱间支撑布置在同一开间内。但是在实际的施工中，受到房屋建筑门洞设计、设备布置等多种因素的影响，柱间支撑与屋面水平支撑可能不在同一开间内。针对该问题，可以将柱间支撑移到临近开间，且在该开间中再增设刚性系杆以保证屋盖水平力能通过柱间支撑传到基础。
对于有吊车及抗震设防7度以上的门钢支撑应选用型钢交叉支撑。对于物流类厂房等所有柱间均无法设置交叉柱间支撑的情况，可设置门式框架支撑并对平面外采用刚接柱脚以加强结构纵向的刚度。
3 屋面檩条的设计与构造问题
屋面檩条的设计一直是门刚结构的一个重点、难点。屋面檩条设计应充分考虑檩条所受各类荷载、支座约束以及所处分区。分区不同影响风吸力、风压力系数值及局部雪荷载的取值。檩条设计还应考虑施工及检修集中荷载，其标准值应取1.0kN且作用在结构最不利位置。目前新的门刚规范对檩条设计的荷载、系数有了较大的增加，这就导致檩条计算截面加大，经济效益差，为此屋面檩条推荐采用连续檩条，并采取一定的构造措施。屋面檩条通常采用冷弯薄壁型钢，其弱轴抗弯能力较差，平面外易失稳，出现侧向变形及扭转，影响屋面稳定与安全，导致工程隐患。针对该问题，通常会采取在檩条间设置拉条或撑杆的措施，这样就可以将该拉条作为侧向支撑点。当檩条计算所需截面较大是因为风吸工况下稳定不足时可考虑设置双层拉条体系，约束檩条上下翼缘。拉条、撑杆体系的布置应符合下面要求，当檩条跨度≤4m时可不设置；当檩条跨度＞4m时，宜在檩条间跨中位置设置；当檩条跨度＞6m时，宜在檩条跨度的三分点各处都设置；当檩条跨度＞9m时，宜在檩条跨度的四分点各处都设置。
4 门式刚架梁柱设计问题
门式刚架轻钢结构在斜梁和立柱设计中可以采取变截面或等截面的方式。
柱脚一般按铰接设计，当含有吊车或房屋高度较高，风荷载较大时，柱脚设计就会采取刚接。对于中柱，如果整个结构的风荷载不大且房屋高度一般，往往就会采取摇摆柱的设计形式；在该设计中的中柱只承受轴力，不承担弯矩，其上下与斜梁、基础铰接；但中柱采用摇摆柱时边柱平面内计算长度将大幅增大，经济型不一定优于柱顶刚接形式。在实际的施工中，摇摆柱两端不存在绝对铰接的情况，往往还存在一定的嵌固弯矩。为解决该问题，一些设计人员会直接用轴力乘以1.5的增大系数来作为抵抗该弯矩所产生次应力的安全余量。
对于斜梁而言，受压翼缘应设置隅撑与檩条相连，斜梁平面外计算长度应考虑隅撑的作用，实际项目设计时可根据斜梁的弯矩包络图在支座处加密隅撑设置并在计算中予以考虑。斜梁应根据弯矩包络图及运输的要求进行分段，每段长度不宜大于12m，各分段连接点应选在受力较小的部位。
门式刚架斜梁与立柱的连接节点，可采用端板竖放、平放和斜放三种形式。端板竖放适用于局部等截面柱；当竖向荷载起控制作用时将端板横放可减少节点的设计剪力，同时充分利用柱的压力对节点的有利作用；如果节点弯矩很大，可采用端板斜放形式，加大抗弯连接的力臂，有利于螺栓布置。端板竖放比端板平放有更高的承载力和节点刚度，但竖放对螺栓受力不利，破坏往往先是螺栓。
5 门式刚架柱脚的处理问题
为抵抗柱底剪力，防止柱底板与基础砼顶面之间出现滑移，一般在柱脚底板设置抗剪键，预留灌浆层，待刚架组装后及时采用微膨胀混凝土或专用灌浆料二次灌浆填实。但在实际的施工中，一些施工人员不能保证填灌密实，灌注的混凝土水灰比不合理，使得灌浆料干缩，浇筑层与柱脚底板出现分离，导致整个结构的稳定性与质量存在较大的隐患。针对该问题，在门式刚架轻钢结构设计中要求关注钢柱柱脚的处理问题，要求施工人员在实际施工中能够严格按照相关的规范与施工设计要求做好二次灌浆层的混凝土灌注工作，并在设计交底时予以明确的告知。
6 结语
随着经济社会和科学技术的发展，各种房屋建筑形态与技术的创新发展，满足了经济社会发展对房屋建造的需求。其中，门式刚架轻钢结构近年来得到广泛应用，它属于一种轻型的钢结构建筑形态，其结构体系设计建造比较简单，主要是以门式刚架作为建筑本身的承重主体，以轻型屋面及墙面作为围护，以及必要的支撑系统，共同组成一个完整的钢结构建筑体系。在工程设计过程中，要按照轻钢结构的自身特点和设计原则进行科学设计，对结构跨度和刚架柱距进行合理设计，另外还要进行科学的抗震设计，确保门式刚架轻钢结构的稳定性和可靠性。
参考文献
[1]李谷满．浅谈轻型门式刚架结构优化设计 [J]．黑龙江科技信息，2009(33):352．