摘要：門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)廠房是由剛架、屋蓋、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)支撐所組成的結(jié)構(gòu)體系。由于其結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量輕，抗震性能好，施工周期短，實(shí)用美觀，構(gòu)件易于安裝拆卸等特點(diǎn)，近十幾年來(lái)在我國(guó)建筑行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：門(mén)式剛架；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)布置

引言

門(mén)式剛架是建筑行業(yè)新興的一種鋼結(jié)構(gòu)型式，與其他型式的建筑結(jié)構(gòu)相比，門(mén)式剛架具有許多建筑結(jié)構(gòu)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。本文就門(mén)式剛架的相關(guān)概念、特點(diǎn)、門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計(jì)中會(huì)遇到的常見(jiàn)問(wèn)題做了介紹分析，供各位設(shè)計(jì)同仁參考指正。

1.門(mén)式剛架的概念

門(mén)式剛架是一種鋼材制成的平面型式的結(jié)構(gòu)，它是由等截面或變截面的柱和等截面或變截面的斜梁組成，有三鉸（一梁中鉸、二柱腳鉸）靜定結(jié)構(gòu)，或兩鉸（柱腳）超靜定結(jié)構(gòu)，及衍變型式。其柱和梁可以是實(shí)腹式或格構(gòu)式的。實(shí)腹式就是用鋼板焊接成“工”字形的等高或變高截面；格構(gòu)式就是用小截面的型鋼組成的等高或變高截面。

2.門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

剛架結(jié)構(gòu)由橫梁、柱和基礎(chǔ)組成。剛架的柱與橫梁剛接，與基礎(chǔ)鉸接。

排架結(jié)構(gòu)由屋架、柱和基礎(chǔ)組成，柱與屋架鉸接，而與基礎(chǔ)剛接。

將門(mén)式剛架與外形相同的排架在垂直均布荷載作用下的彎矩加以對(duì)比。剛架由于橫梁與立柱整體剛性連接，節(jié)點(diǎn)B和C是剛性節(jié)點(diǎn)，能夠承受并傳遞彎矩，這樣就減少了橫梁中的跨中彎矩值（如圖1）。

在一般情況下，當(dāng)跨度與荷載相同時(shí)，屋架和立柱組成的排架結(jié)構(gòu)比剛架結(jié)構(gòu)多用鋼材約10%，混凝土約20%，因此剛架結(jié)構(gòu)要比排架結(jié)構(gòu)節(jié)省材料。單層剛架為梁柱合一的結(jié)構(gòu)，桿件較少，結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間較大，便于利用。而且剛架一般由直桿組成，制作方便，因此，在實(shí)際工程中應(yīng)用非常廣泛。門(mén)式剛架中的橫梁為折線(xiàn)形的種類(lèi)更具有受力性能良好、施工方便、造價(jià)較低和建筑造型美觀等優(yōu)點(diǎn)。折線(xiàn)型的橫梁使室內(nèi)空間增大，適于雙坡屋面的單層中、小型建筑，在中小型廠房、體育館、禮堂、食堂等中小跨度的建筑中得到廣泛應(yīng)用。門(mén)式剛架剛度較差，受荷載后產(chǎn)生跨變，因此用于工業(yè)廠房時(shí)，吊車(chē)起重量不宜超過(guò)20t。

門(mén)式剛架的這些結(jié)構(gòu)特征決定了其和其他型式的建筑結(jié)構(gòu)相比有很多的優(yōu)勢(shì)：門(mén)式剛架屋面體系的整體性可以依靠檁條、隅撐來(lái)保證，從而減少了屋蓋支撐的數(shù)量，同時(shí)支撐多用張緊的圓鋼做成，很輕便；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的橫截面尺寸較小，可以有效地利用建筑空間，降低房屋的高度，建筑造型美觀；門(mén)式剛架的自重輕，橫梁與柱可以組裝，為制作、運(yùn)輸、安裝提供了有利條件；屋面剛架用鋼量?jī)H為普通鋼屋架用鋼量的1/5-1/10（20-50kg/m²），是一種經(jīng)濟(jì)可靠的結(jié)構(gòu)形式。

3.門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)布置

3.1剛架的建筑尺寸和布置

（1）跨度：一般為9-36m；

（2）高度：取地坪柱軸線(xiàn)與斜梁軸線(xiàn)交點(diǎn)高度，宜取4.5-9m；

（3）柱距：應(yīng)綜合考慮剛架跨度、荷載條件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m，最大12m：

（4）挑檐長(zhǎng)度：根據(jù)使用要求確定，宜為0.5-1.2m；

（5）溫度分區(qū)：縱向溫度區(qū)段≤300m、橫向溫度區(qū)段≤150m。

門(mén)式剛架的柱高與跨度的比例（高跨比H/L）是選型的主要參數(shù)。從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)看，由于柱高的減少將使推力增大，因而對(duì)三鉸門(mén)架來(lái)說(shuō)，最好的形式是高度大于跨度。但對(duì)兩鉸門(mén)架來(lái)說(shuō)，由于跨中彎矩的存在，跨度稍大于高度就成為合理的了?？偟膩?lái)說(shuō)，高跨比H/L=0.75是比較合理的。

3.2檁條和墻梁的布置

檁條：一般應(yīng)等間距布置，但在屋脊處應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道，在天溝附近布置一道。

墻梁：墻梁的布置，應(yīng)考慮設(shè)置門(mén)窗、挑檐、遮雨篷等構(gòu)件和圍護(hù)材料的要求。

門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，在采用壓型鋼板作圍護(hù)面層時(shí)，墻梁宜布置在剛架的外側(cè)，其間距隨墻板板型及規(guī)格而定。

3.3支撐和剛性系桿的布置原則

（1）在每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。

（2）在設(shè)置柱間支撐的開(kāi)間，應(yīng)同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐，以構(gòu)成幾何不變體系。

（3）柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向柱距、受力情況和安裝條件確定：無(wú)吊車(chē)時(shí)取30-45m；當(dāng)有吊車(chē)宜設(shè)在溫度區(qū)段中部；當(dāng)溫度區(qū)段較長(zhǎng)時(shí)以間距40-60m設(shè)三分點(diǎn)；當(dāng)建筑物寬度超過(guò)60m時(shí)，適當(dāng)增加內(nèi)柱列的柱間支撐；房屋高度較大時(shí)，柱間支撐要分層設(shè)置；端部柱問(wèn)支撐考慮溫度應(yīng)力影響宜設(shè)置在第二柱問(wèn)。

當(dāng)房屋內(nèi)設(shè)有不小于5t的吊車(chē)時(shí)，柱問(wèn)支撐宜用型鋼；當(dāng)房屋中不允許設(shè)置柱問(wèn)支撐時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向剛架。

4.門(mén)式剛架設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題

（1）屋面橫向水平支撐與柱問(wèn)支撐未布置在同一跨間內(nèi)。

布置在同一跨間內(nèi)的屋面橫向水平支撐和柱間支撐同門(mén)式剛架一道構(gòu)成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)體系，既可承受和傳遞房屋縱向的各種荷載和作用，又方便于門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的施工安裝。

根據(jù)《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002第4.5.1條第2款和第4.5.2條第1款的規(guī)定，宜將屋面橫向水平支撐和柱間支撐同時(shí)布置在房屋溫度區(qū)段端部第一開(kāi)間或第二開(kāi)間，在布置柱間支撐的開(kāi)問(wèn)，宜同時(shí)布置屋面橫向水平支撐，當(dāng)無(wú)法布置在同一跨間時(shí)，可布置在相鄰跨間，有一定搭接區(qū)。

（2）屋面橫向水平支撐布置在房屋溫度區(qū)段端部第二開(kāi)間，而在第一開(kāi)問(wèn)相應(yīng)于屋面橫向水平支撐豎腹桿位置未布置縱向剛性系桿。

房屋端墻（山墻）的風(fēng)荷載或地震作用要靠屋面橫向水平支撐傳遞給房屋縱向柱間支撐。屋面橫向水平支撐布置在第二開(kāi)間時(shí)，第一開(kāi)間僅布置未按壓彎桿件驗(yàn)算和加強(qiáng)的檁條，不足以傳遞端墻的風(fēng)荷載或地震作用。

根據(jù)《門(mén)式剛架規(guī)程》CECS102：2002第4.5.2條第1款的規(guī)定，在房屋溫度區(qū)段的第一開(kāi)問(wèn)相應(yīng)于屋面橫向水平支撐豎腹桿位置布置滿(mǎn)足受壓桿件長(zhǎng)細(xì)比要求和受壓（壓彎）桿件承載力要求的剛性系桿（如圖2）。

（3）屋面橫向水平支撐的節(jié)點(diǎn)未與抗風(fēng)柱布置相應(yīng)協(xié)調(diào)。

屋面橫向水平支撐桁架的節(jié)點(diǎn)布置在抗風(fēng)柱處，可以使抗風(fēng)柱柱頂?shù)姆戳χ苯觽鬟f，避免剛架斜梁受扭。

首先根據(jù)房屋的使用要求布置抗風(fēng)柱，然后根據(jù)抗風(fēng)柱柱頂位置布置屋面橫向水平支撐桁架的節(jié)點(diǎn)及支撐桿件；因?yàn)閯偧苄绷涸试S在任意位置布置屋面橫向水平支撐的節(jié)點(diǎn)，屋面橫向水平支撐的交叉斜桿為柔性拉桿，與剛架斜梁的連接較為簡(jiǎn)單，可以不必等間距布置，這是門(mén)式剛架與普通屋架不同之處（如圖3）。

（4）屋面橫向水平支撐和柱問(wèn)支撐采用圓鋼時(shí)，未設(shè)張緊裝置；當(dāng)設(shè)有橋式吊車(chē)時(shí)，柱間支撐未采用型鋼支撐。

圓鋼支撐側(cè)向剛度小，安裝時(shí)會(huì)因自重而下垂，再加上圓鋼支撐初始彎曲和連接松弛等缺陷，不設(shè)張緊裝置就不能保證支撐始終處于張緊狀態(tài)，對(duì)門(mén)式剛架房屋的整體穩(wěn)定性和整體剛度起不到應(yīng)有的作用。當(dāng)有吊車(chē)時(shí)，柱問(wèn)支撐改而采用型剛支撐，也是為了保證門(mén)式剛架房屋的縱向剛度。

采用圓鋼支撐時(shí)，應(yīng)按《門(mén)式剛架規(guī)程》CECS102：2002和《薄壁型鋼規(guī)范》GB50018第9.2.2條的要求設(shè)置張緊裝置。有吊車(chē)時(shí)，柱問(wèn)支撐應(yīng)采用型鋼支撐；在8度及以上地震區(qū)或地震作用效應(yīng)組合控制時(shí)，門(mén)式剛架房屋的屋面橫向水平支撐和柱問(wèn)支撐亦應(yīng)采用型鋼支撐。

（5）鋼柱腳未采用混凝土包裹防護(hù)

許多事例表明地面以下的鋼柱腳若不用混凝土包裹，柱腳處由于積水使鋼材嚴(yán)重銹蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)存在著安全隱患。

應(yīng)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003第8.9.3條規(guī)定，對(duì)柱腳在地面以下部分采用強(qiáng)度等級(jí)較低的混凝土包裹（保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm），包裹的混凝土應(yīng)高出地面不小于150mm。當(dāng)柱腳底面在地面以上時(shí)，柱腳高出地面的高度不應(yīng)小于100mm。

5.結(jié)語(yǔ)

門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)作為一種建筑結(jié)構(gòu)體系，因其結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量輕，抗震性能好，施工周期短，實(shí)用美觀，構(gòu)件易于安裝拆卸，綜合經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，目前在我國(guó)已得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)也在逐步完善、成熟。隨著門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)房屋的大量應(yīng)用，許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題也逐步暴露出來(lái)，這就要求設(shè)計(jì)師在做此類(lèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分理解相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程說(shuō)明，使得設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)合理，又安全可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102，2002.

[2]龔燕喬.輕型鋼結(jié)構(gòu)的門(mén)式剛架設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題與解決措施.科技風(fēng)，2012，1（下）.

收稿日期：2013-4-12

作者簡(jiǎn)介：李永華（1976-），貴州興仁人，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。