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[摘 要] 轻钢结构中门式刚架轻型钢结构是典型的轻钢结构，具有经济性好、施工周期短等优点，是目前国内应用最广泛的轻型钢结构之一。本文主要从轻钢结构的设计角度出发，探讨一下门式刚架的设计要点，供广大同行参考。
[关键词] 门式刚架；轻型钢结构；节点设计
1、基础
基础形式可根据建设地点的工程地质情况和建筑物上部结构形式等方面综合考虑，对于轻型钢结构，柱网尺寸较大、柱脚内力较小，一般以独立基础为主；若地质条件较差可采用条形基础；遇到不良地质情况可采用桩基础；基本不采用筏板基础和箱型基础。
轻钢结构基础中，铰接柱脚存在较大的水平力、固接柱脚除水平力较大外，还存在较大的弯矩作用，基础可能产生倾覆和滑移。另外轻钢结构自重很轻，在风荷载作用下建筑物会承受很大的风吸力作用，可能导致基础产生上拔破坏。
基础锚栓设置不当还会产生基础劈裂破坏（锚栓离基础边缘的距离不得小于150mm），若锚栓长度过短，会使锚栓从基础中拔出，导致柱脚失效。为了防止上述破坏的发生，最经济有效的方法是增加基础埋深。
2、柱脚节点
柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚和铰接柱脚。铰接柱脚一般采用锚栓连接，刚接柱脚有锚栓加柱脚加劲板连接和埋入式连接。铰接和刚接的区别在于对侧移的控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，例如有吊车荷载的情况，应将柱脚设计成刚接柱脚，其余情况下，柱脚宜设计成铰接。一般情况下，柱底剪力是通过底板和基础顶面的摩擦力来传递的，若不满足要求，必则须设置抗剪键。
3、梁柱节点
门式刚架斜梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式。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受力的有力作用。如果节点弯矩很大，可采用端板斜放形式，加长抗弯连接的力臂，有利于布置螺栓。端板拼接连接形式有外伸式和平齐式两种情况，端板外伸式节点受力合理，承载力高于平齐式节点，因此应尽量采取外伸式端板连接，同时应在节点板外伸部分设置加劲肋，使靠近受拉翼缘两侧的螺栓受力均匀，接近一致，提高节点的抗剪能力，有效减少节点板的变形。
4、支撑和系杆的设置
支撑体系在门式刚架轻钢结构中具有十分重要的作用，主要体现在以下几个方面：（1）将各个平面刚架连接组成具有空间刚度和稳定性的整体结构（2）为结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撑点，减少平面外的计算长度（3）明确合理、简捷的传递风力，温度应力、地震力及吊车纵向水平刹车力等纵向荷载。
轻型门式刚架结构的支撑系统有斜交叉支撑、门架支撑，交叉支撑有柔性支撑和刚性支撑两种，一般高度小、无吊车的简单厂房采用柔性支撑，高度大、有吊车的情况下采用刚性支撑。由于建筑功能和外观的要求，在某些开间内不能设置交叉支撑，这时可以设置门架支撑。
连接中间各榀刚架的屋面系杆，一般在两端檐口及跨中各设置一道。
5、檩条和墙梁的设置
轻型门式刚架的檩条构件可以采用C 形冷弯卷边槽钢和带斜卷边或直卷边的Z 形冷弯薄壁型钢。Z 形檩条受力性能稍好，但制作和安装麻烦，适用于屋面坡度较大的情况。确定最优的檩条跨度和间距是一个复杂的问题，一般情况下，对于跨度超过20m 的刚架，7.5m 的柱网是最优的；对于跨度小于20m 的刚架，4.5m 的柱网是最优的。目前，考虑到檩条的加工制作及安装，目前檩条设计常采用简支梁设计，材料利用率偏低。现在一般推荐采用连续檩条以获得较为经济的设计。在外荷载作用下，檩条同时产生弯曲和扭转的共同作用，拉条和支撑是保证冷弯薄壁型钢檩条稳定性的重要保障，一般的做法是采用拉条和撑杆从檐口一端起，连接每一根檩条直到另一端。根据檩条跨度的不同，可以在檩条中央设一道或者在檩条中央及四分点处各设一道共三道拉条。一般情况下，檩条上翼缘受压，所以拉条设置在檩条上翼缘1/3 高的腹板范围内。
6、防腐与防火设计
钢材耐腐蚀性差，钢结构的腐蚀不仅造成了经济损失，也给结构的安全带来了重大安全隐患，由于腐蚀而导致的事故屡见不鲜。钢结构的防腐包括两个步骤：（1）钢材表面的处理。钢材表面污物会严重影响涂料在钢材表面的附着力，并使漆膜下的锈蚀继续扩展，导致涂层失效或破坏，因此，钢材表面处理质量的好坏对涂层的防护效果及寿命的影响，甚至比涂料本身品种性能差异的影响更大。（2）在钢结构表面刷防腐涂料。防腐涂料是一种含油或不含油的胶体溶液，将它涂敷在钢材表面，可结成一层薄膜来保护钢结构，防腐涂料一般由底漆和面漆组成，底漆的功能是使漆膜与基层、面漆结合牢固，面漆的主要功能是保护下层底漆。常见防腐涂料底漆有富锌底漆和环氧铁红底漆，常见面漆有环氧漆、氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯漆等。
耐火性能方面轻钢结构与普通钢结构钢结构一致 ，耐火极限仅15~20min，根据《建筑设计防火规范》，建筑构件在耐火等级为二级时的耐火极限，对于支撑多层的柱为2.5h，梁为1.5h，楼板为1.0h，因此，必须对钢结构构件表面采取防火措施，常见防火措施为：涂抹防火涂料；
参考文献：
[1] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102:2002)，中国计划出版社，2003.
[2] 胡宝琳等，轻型钢结构厂房的设计与研究，钢结构，2004 (5).
[3] 鲁莉，梁发云，轻钢结构设计中几个常见错误分析，建筑结构，2004 (7).
[关键词] 门式刚架；轻型钢结构；节点设计
1、基础
基础形式可根据建设地点的工程地质情况和建筑物上部结构形式等方面综合考虑，对于轻型钢结构，柱网尺寸较大、柱脚内力较小，一般以独立基础为主；若地质条件较差可采用条形基础；遇到不良地质情况可采用桩基础；基本不采用筏板基础和箱型基础。
轻钢结构基础中，铰接柱脚存在较大的水平力、固接柱脚除水平力较大外，还存在较大的弯矩作用，基础可能产生倾覆和滑移。另外轻钢结构自重很轻，在风荷载作用下建筑物会承受很大的风吸力作用，可能导致基础产生上拔破坏。
基础锚栓设置不当还会产生基础劈裂破坏（锚栓离基础边缘的距离不得小于150mm），若锚栓长度过短，会使锚栓从基础中拔出，导致柱脚失效。为了防止上述破坏的发生，最经济有效的方法是增加基础埋深。
2、柱脚节点
柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚和铰接柱脚。铰接柱脚一般采用锚栓连接，刚接柱脚有锚栓加柱脚加劲板连接和埋入式连接。铰接和刚接的区别在于对侧移的控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，例如有吊车荷载的情况，应将柱脚设计成刚接柱脚，其余情况下，柱脚宜设计成铰接。一般情况下，柱底剪力是通过底板和基础顶面的摩擦力来传递的，若不满足要求，必则须设置抗剪键。
3、梁柱节点
门式刚架斜梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式。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受力的有力作用。如果节点弯矩很大，可采用端板斜放形式，加长抗弯连接的力臂，有利于布置螺栓。端板拼接连接形式有外伸式和平齐式两种情况，端板外伸式节点受力合理，承载力高于平齐式节点，因此应尽量采取外伸式端板连接，同时应在节点板外伸部分设置加劲肋，使靠近受拉翼缘两侧的螺栓受力均匀，接近一致，提高节点的抗剪能力，有效减少节点板的变形。
4、支撑和系杆的设置
支撑体系在门式刚架轻钢结构中具有十分重要的作用，主要体现在以下几个方面：（1）将各个平面刚架连接组成具有空间刚度和稳定性的整体结构（2）为结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撑点，减少平面外的计算长度（3）明确合理、简捷的传递风力，温度应力、地震力及吊车纵向水平刹车力等纵向荷载。
轻型门式刚架结构的支撑系统有斜交叉支撑、门架支撑，交叉支撑有柔性支撑和刚性支撑两种，一般高度小、无吊车的简单厂房采用柔性支撑，高度大、有吊车的情况下采用刚性支撑。由于建筑功能和外观的要求，在某些开间内不能设置交叉支撑，这时可以设置门架支撑。
连接中间各榀刚架的屋面系杆，一般在两端檐口及跨中各设置一道。
5、檩条和墙梁的设置
轻型门式刚架的檩条构件可以采用C 形冷弯卷边槽钢和带斜卷边或直卷边的Z 形冷弯薄壁型钢。Z 形檩条受力性能稍好，但制作和安装麻烦，适用于屋面坡度较大的情况。确定最优的檩条跨度和间距是一个复杂的问题，一般情况下，对于跨度超过20m 的刚架，7.5m 的柱网是最优的；对于跨度小于20m 的刚架，4.5m 的柱网是最优的。目前，考虑到檩条的加工制作及安装，目前檩条设计常采用简支梁设计，材料利用率偏低。现在一般推荐采用连续檩条以获得较为经济的设计。在外荷载作用下，檩条同时产生弯曲和扭转的共同作用，拉条和支撑是保证冷弯薄壁型钢檩条稳定性的重要保障，一般的做法是采用拉条和撑杆从檐口一端起，连接每一根檩条直到另一端。根据檩条跨度的不同，可以在檩条中央设一道或者在檩条中央及四分点处各设一道共三道拉条。一般情况下，檩条上翼缘受压，所以拉条设置在檩条上翼缘1/3 高的腹板范围内。
6、防腐与防火设计
钢材耐腐蚀性差，钢结构的腐蚀不仅造成了经济损失，也给结构的安全带来了重大安全隐患，由于腐蚀而导致的事故屡见不鲜。钢结构的防腐包括两个步骤：（1）钢材表面的处理。钢材表面污物会严重影响涂料在钢材表面的附着力，并使漆膜下的锈蚀继续扩展，导致涂层失效或破坏，因此，钢材表面处理质量的好坏对涂层的防护效果及寿命的影响，甚至比涂料本身品种性能差异的影响更大。（2）在钢结构表面刷防腐涂料。防腐涂料是一种含油或不含油的胶体溶液，将它涂敷在钢材表面，可结成一层薄膜来保护钢结构，防腐涂料一般由底漆和面漆组成，底漆的功能是使漆膜与基层、面漆结合牢固，面漆的主要功能是保护下层底漆。常见防腐涂料底漆有富锌底漆和环氧铁红底漆，常见面漆有环氧漆、氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯漆等。
耐火性能方面轻钢结构与普通钢结构钢结构一致 ，耐火极限仅15~20min，根据《建筑设计防火规范》，建筑构件在耐火等级为二级时的耐火极限，对于支撑多层的柱为2.5h，梁为1.5h，楼板为1.0h，因此，必须对钢结构构件表面采取防火措施，常见防火措施为：涂抹防火涂料；
参考文献：
[1] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102:2002)，中国计划出版社，2003.
[2] 胡宝琳等，轻型钢结构厂房的设计与研究，钢结构，2004 (5).
[3] 鲁莉，梁发云，轻钢结构设计中几个常见错误分析，建筑结构，2004 (7).