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摘要：轻型钢结构建筑以其外形简洁美观、符合环保、工业化程度高、工期短及综合造价低等优势，在工业及民用建筑中得到广泛应用。由于该结构形式的迅猛发展和从业人员的设计与施工经验的不足，在设计中常出现一些问题，给结构的安全带来隐患或造成经济的浪费，本文总结设计中一些问题及个人体会。
关键词：轻钢结构 荷载 支撑材质
1前言
钢结构是土木工程的主要结构形式之一，与其他材料相比有强度高、重量轻、工业化程度高、工期短、材性好、可靠性高、抗震性好、密封性好、耐热性好等优点。其中轻钢门式刚架结构厂房又以其外形简洁美观、符合环保、工业化程度高、工期短及综合造价低等优势，是发展最迅速用途最广泛的一种结构形式，在工业及民用建筑中得到广泛应用。由于该结构形式的迅猛发展和从业人员的设计与施工经验的不足，在设计中常出现一些问题，给结构的安全带来隐患或造成经济的浪费。
2结构形式与建筑尺寸
2.1门式刚架的结构形式：按跨度可分为单跨、双跨和多跨；按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊
双坡、多脊多坡。
2.2 屋面坡度宜取1/20～1/8。现在厂房跨度设计越来越大，设计坡度（当屋面坡度小于1/20）时，应校核结构变形后雨水顺利排泄的能力。
2.3 柱距、跨度及高度
2.3.1 門式刚架柱距，主要影响因素是吊车或使用荷载。当荷载较大时，柱距宜取得小些，取6～7.5m，一般取6m；荷载较小时，柱距宜取8～10m，一般取9m。柱距再大时要综合屋檩、墙梁和吊车梁的造价影响。
2.3.2 刚架跨度，主要影响因素也是荷载大小。荷载较小时，跨度宜取24—36m；荷载较大时，经济跨度在9～24m。当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。
2.3.3 刚架檐口高度一般在4.5～9m,在满足室内净高的前提下，尽量降低檐口高度，减少刚架所受风荷载。
3 设计中规范、荷载的运用及支撑的设置
3.1 规范运用要合理
因《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002对构件的长细比、挠度、高厚比等方面的要求比《钢结构设计规范》GB50017-2003宽松，所以在应用的时候要清楚工程的结构形式是否属于轻钢房屋的范畴，以免造成失误。虽然轻钢房屋没有明确的定义，但我们可以从以下几个方面辨别：
（1）轻型钢结构建筑物的围护材料，应该是轻质高强材料。采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成,屋、墙面的质量都很轻。不能把采用砌块、混凝土等传统材料作为围护材料的建筑物称为轻型钢结构建筑物（也可以有条件地采用砌体外墙）。
（2）轻型钢结构建筑物的结构构件用钢，应该是轻型H型钢，簿板焊接而成的型钢、冷弯薄壁型钢等材料。不能把由厚钢板型钢作为承重结构的房屋称为轻型钢结构建筑。
（3）轻型钢结构建筑物的结构跨度和高度，应控制在跨度不大于60米、高度不大于40米的范围内，否则应称为大跨度钢结构或高耸、高层钢结构。
（4）轻型钢结构建筑物内的起重设备（如吊车）应控制在：桥式吊车起重重量在20t以下，悬挂吊车起重重量在3t以下。
3.2 荷载取值要谨慎
3.2.1 永久荷载
永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。
3.2.2 可变荷载
可变荷载包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为1KN）、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第3.2.1条和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002第3.2.2条，对屋面活荷载的标准值取0.5kN/m2, 当雪荷载大于0.5 kN/m2时，应取雪荷载。
对受荷水平投影面积大于60m2的刚架构件，屋面活荷载可取0.3 kN/m2。活荷载取0.3 kN/m2需注意以下两点：
（1） 该活荷载是参考美国规范ASCE-95的规定对活荷载0.5kN/m2乘以0.6的折减系数得到的。
（2） 如果雪荷载大于0.5 kN/m2时，乘以0.6的折减系数应该大于0.3 kN/m2，如果还取0.3 kN/m2 ，就明显有折扣荷载现象，是不合适的。
轻钢结构质量轻,相应地基础可以做得较小,同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时,风荷载可能成为轻型刚架结构的控制荷载，所以对轻钢房屋设计时对风荷载的取值要谨慎。
3.3 重视支撑体系和系杆的布置
门式刚架属于平面结构，它在柱间支撑、屋面纵横向水平支撑、刚性系杆和围护结构的连系下
形成空间的稳定体系。结构只有组成空间稳定整体，才能承担各种荷载和其他外在效应。
3.3.1支撑设置主要依据规程中要求进行布置，保证结构的整体性，但在设计中常常出现位置不合
理、数量不够、截面形式不合理及杆件受力情况分析不准确等情况，需注意以下几点：
（1）柱间支撑间距，当无吊车时宜取30～45m;当设有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段
较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m，温度区段端部仅设上柱支撑;
(2) 当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑；
（3）当设有驾驶室且起重量大于15t桥式吊车时，应在屋盖边缘设置纵向支撑桁架；
（4）屋面水平支撑和无吊车的柱间支撑可用带张紧装置十字交叉圆钢（按拉杆设计），特别注意交
叉支撑间须设置刚性压杆；
（5）当设有5t以上的桥式吊车时，宜采用型钢支撑（根据具体情况可按拉杆或压杆设计）；
（6）屋面支撑与柱间支撑应设置在同一开间，以构成几何不变体系；
（7）在刚架的转折处（屋脊、柱顶）应沿房屋全长设置刚性系杆（按压杆设计）。
4、钢材材质及规格的选择
4.1目前轻钢刚架钢材常用的材质为Q235普碳钢和Q345低合金钢。两种钢材的价格差距不是很大，但强度却相差悬殊。有人认为设计时应尽可能采用高强度等级的材料，材质的强度越高就越省钢材，就会降低工程造价。这种认识有所不妥，因为刚架的结构设计，不仅要进行强度设计，还要进行刚度设计及稳定性设计。一般说非地震区的建筑风载较小且跨度较大时，其构件内力较大，是强度控制，材质强度高会降低用钢量，建筑物造价会下降；当抗震设防烈度较高且风载较大时，往往是变形较大，由刚度控制，材质强度再高，也需要足够的构件截面，才能有足够的刚度以满足变形要求。这时材质强度高建筑物造价就会提高，造成不必要的浪费。所以要根据构件是强度控制还是刚度控制来选择材料更合理。
4.2在某些情况下，采用热轧H型钢柱、梁可能比采用焊接H型钢用钢量稍多，但从加工成本、施工进度等方面综合考虑，其造价可能更有优势。这需要我们设计人员在具体工程中去探讨。
5、结语
设计软件的使用，使设计人员省去了繁琐的人工计算。计算的过程少了人为因素的干预而更加准确，但认为软件计算结果就一定正确的思想是不妥当的。软件计算结果的正确是建立在设计人员前期模型的建立要符合实际，荷载的取值要正确，参数的设置要合理的基础上的。这些“基础”需要软件使用者掌握结构知识，熟悉设计规范规程。
轻钢房屋的设计还有许多问题需要探讨，只有通过不断的学习研究，才能把设计做的更安全、可靠、经济、合理。
注：文章内所涉及的公式和图表请用PDF格式打开
关键词：轻钢结构 荷载 支撑材质
1前言
钢结构是土木工程的主要结构形式之一，与其他材料相比有强度高、重量轻、工业化程度高、工期短、材性好、可靠性高、抗震性好、密封性好、耐热性好等优点。其中轻钢门式刚架结构厂房又以其外形简洁美观、符合环保、工业化程度高、工期短及综合造价低等优势，是发展最迅速用途最广泛的一种结构形式，在工业及民用建筑中得到广泛应用。由于该结构形式的迅猛发展和从业人员的设计与施工经验的不足，在设计中常出现一些问题，给结构的安全带来隐患或造成经济的浪费。
2结构形式与建筑尺寸
2.1门式刚架的结构形式：按跨度可分为单跨、双跨和多跨；按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊
双坡、多脊多坡。
2.2 屋面坡度宜取1/20～1/8。现在厂房跨度设计越来越大，设计坡度（当屋面坡度小于1/20）时，应校核结构变形后雨水顺利排泄的能力。
2.3 柱距、跨度及高度
2.3.1 門式刚架柱距，主要影响因素是吊车或使用荷载。当荷载较大时，柱距宜取得小些，取6～7.5m，一般取6m；荷载较小时，柱距宜取8～10m，一般取9m。柱距再大时要综合屋檩、墙梁和吊车梁的造价影响。
2.3.2 刚架跨度，主要影响因素也是荷载大小。荷载较小时，跨度宜取24—36m；荷载较大时，经济跨度在9～24m。当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。
2.3.3 刚架檐口高度一般在4.5～9m,在满足室内净高的前提下，尽量降低檐口高度，减少刚架所受风荷载。
3 设计中规范、荷载的运用及支撑的设置
3.1 规范运用要合理
因《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002对构件的长细比、挠度、高厚比等方面的要求比《钢结构设计规范》GB50017-2003宽松，所以在应用的时候要清楚工程的结构形式是否属于轻钢房屋的范畴，以免造成失误。虽然轻钢房屋没有明确的定义，但我们可以从以下几个方面辨别：
（1）轻型钢结构建筑物的围护材料，应该是轻质高强材料。采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成,屋、墙面的质量都很轻。不能把采用砌块、混凝土等传统材料作为围护材料的建筑物称为轻型钢结构建筑物（也可以有条件地采用砌体外墙）。
（2）轻型钢结构建筑物的结构构件用钢，应该是轻型H型钢，簿板焊接而成的型钢、冷弯薄壁型钢等材料。不能把由厚钢板型钢作为承重结构的房屋称为轻型钢结构建筑。
（3）轻型钢结构建筑物的结构跨度和高度，应控制在跨度不大于60米、高度不大于40米的范围内，否则应称为大跨度钢结构或高耸、高层钢结构。
（4）轻型钢结构建筑物内的起重设备（如吊车）应控制在：桥式吊车起重重量在20t以下，悬挂吊车起重重量在3t以下。
3.2 荷载取值要谨慎
3.2.1 永久荷载
永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。
3.2.2 可变荷载
可变荷载包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为1KN）、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第3.2.1条和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002第3.2.2条，对屋面活荷载的标准值取0.5kN/m2, 当雪荷载大于0.5 kN/m2时，应取雪荷载。
对受荷水平投影面积大于60m2的刚架构件，屋面活荷载可取0.3 kN/m2。活荷载取0.3 kN/m2需注意以下两点：
（1） 该活荷载是参考美国规范ASCE-95的规定对活荷载0.5kN/m2乘以0.6的折减系数得到的。
（2） 如果雪荷载大于0.5 kN/m2时，乘以0.6的折减系数应该大于0.3 kN/m2，如果还取0.3 kN/m2 ，就明显有折扣荷载现象，是不合适的。
轻钢结构质量轻,相应地基础可以做得较小,同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时,风荷载可能成为轻型刚架结构的控制荷载，所以对轻钢房屋设计时对风荷载的取值要谨慎。
3.3 重视支撑体系和系杆的布置
门式刚架属于平面结构，它在柱间支撑、屋面纵横向水平支撑、刚性系杆和围护结构的连系下
形成空间的稳定体系。结构只有组成空间稳定整体，才能承担各种荷载和其他外在效应。
3.3.1支撑设置主要依据规程中要求进行布置，保证结构的整体性，但在设计中常常出现位置不合
理、数量不够、截面形式不合理及杆件受力情况分析不准确等情况，需注意以下几点：
（1）柱间支撑间距，当无吊车时宜取30～45m;当设有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段
较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m，温度区段端部仅设上柱支撑;
(2) 当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑；
（3）当设有驾驶室且起重量大于15t桥式吊车时，应在屋盖边缘设置纵向支撑桁架；
（4）屋面水平支撑和无吊车的柱间支撑可用带张紧装置十字交叉圆钢（按拉杆设计），特别注意交
叉支撑间须设置刚性压杆；
（5）当设有5t以上的桥式吊车时，宜采用型钢支撑（根据具体情况可按拉杆或压杆设计）；
（6）屋面支撑与柱间支撑应设置在同一开间，以构成几何不变体系；
（7）在刚架的转折处（屋脊、柱顶）应沿房屋全长设置刚性系杆（按压杆设计）。
4、钢材材质及规格的选择
4.1目前轻钢刚架钢材常用的材质为Q235普碳钢和Q345低合金钢。两种钢材的价格差距不是很大，但强度却相差悬殊。有人认为设计时应尽可能采用高强度等级的材料，材质的强度越高就越省钢材，就会降低工程造价。这种认识有所不妥，因为刚架的结构设计，不仅要进行强度设计，还要进行刚度设计及稳定性设计。一般说非地震区的建筑风载较小且跨度较大时，其构件内力较大，是强度控制，材质强度高会降低用钢量，建筑物造价会下降；当抗震设防烈度较高且风载较大时，往往是变形较大，由刚度控制，材质强度再高，也需要足够的构件截面，才能有足够的刚度以满足变形要求。这时材质强度高建筑物造价就会提高，造成不必要的浪费。所以要根据构件是强度控制还是刚度控制来选择材料更合理。
4.2在某些情况下，采用热轧H型钢柱、梁可能比采用焊接H型钢用钢量稍多，但从加工成本、施工进度等方面综合考虑，其造价可能更有优势。这需要我们设计人员在具体工程中去探讨。
5、结语
设计软件的使用，使设计人员省去了繁琐的人工计算。计算的过程少了人为因素的干预而更加准确，但认为软件计算结果就一定正确的思想是不妥当的。软件计算结果的正确是建立在设计人员前期模型的建立要符合实际，荷载的取值要正确，参数的设置要合理的基础上的。这些“基础”需要软件使用者掌握结构知识，熟悉设计规范规程。
轻钢房屋的设计还有许多问题需要探讨，只有通过不断的学习研究，才能把设计做的更安全、可靠、经济、合理。
注：文章内所涉及的公式和图表请用PDF格式打开