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摘要：门式刚架作为一种房屋结构形式用途十分广泛，近年来得到了广泛的应用，随着我国彩色钢板数量的增加和焊接H型钢的出现，门式刚架轻钢房屋钢结构大量涌现，应用越来越多。鉴于此，本文对门式刚架的设计以及施工特点进行了分析。
关键词：门式刚架；设计；施工
一、门式刚架结构的特点
门式刚架结构大部分采用强度较高的钢材，其压型钢板和刚架的H型钢厚度较薄，采用单面自动焊，刚架间为柔性支撑。厂房的零配件齐全，现场安装方便。其用钢量一般在26～50Kg/㎡左右。经过了近半个世纪的发展，已形成一种固定的结构形式, 具有自己的系列，采用这种结构具有以下明显的优点：1.门式刚架被称为工业化全装配式结构，从屋面、墙面、墙架、保温层到承重结构，形成完整的体系，具有高度的系列化、标准化和装配化，因此它可以像其它商品一样批量生产。2.外形美观，内部空旷，比一般结构更符合使用要求。厂房和库房内部可以实行任意分隔。3.重量轻，轻型钢结构重量是混凝土结构的1/8～1/10，是普通钢结构的1/2～1/3，围护结构采用压型金属板，每平米用钢量约3～15Kg，因此，对地质条件差和运输不便的地区，其优越性更为明显。4.门式钢结构造价相对较低，特别是对轻型厂房和仓库等类建筑，能取得较好的经济效果。5.安装方便，施工速度快，不需大型起重设备，结构构件和围护结构在现场采用螺栓、自攻螺钉、拉铆钉连接，焊接工作量少，无湿作业，不受季节影响。6.门式钢结构安装方便，拆除也容易。如上所述，采用轻钢结构，特别是轻型门式刚架房屋，在造价上低于钢筋混凝土结构，至于早投产、早受益的综合经济效益将更高。
二、门式刚架结构设计
1.考虑温度效应
轻型门式刚架的跨度和柱距主要根据工艺和建筑要求确定。结构布置要考虑的主要问题是温度区间的确定和支撑体系的布置。考虑到温度效应，轻型钢结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m，横向温度区段不应大于150m。当建筑尺寸超过时，应设置温度伸缩缝。温度伸缩缝可通过设置双柱，或设置次结构及擦条的可调节构造来实现。
2.选用轻体围护及高强钢材：
轻型钢结构建筑特别是门式刚架，大都采用集防水、围护、装饰于一体的轻质多功能新型板材——彩涂钢板（平均重量约为10㎏/㎡），中间层用新型轻质保温材料，如：超细玻璃纤维棉毡，自熄聚苯板等等。以及重量几乎可忽略不计轻巧的通风帽、排气扇、采光板等。所有这些材料，装置均形成一整套的系列化，标准化的成套产品，大大减轻了恒荷载。承重构件普遍采用高强钢材以减少构件截面面积，降低结构自重。
3.充分发挥构件最大潜力选择合理的截面形式和连续支撑构件
根据材料力学我们知道，截面越远离截面型心，其截面惯性距越大，因而构件的抗弯刚度和结构的侧向刚度亦越大。由于轻型钢结构重力荷载都较小，故强度不是主要矛盾，重要的是提高构件的整体稳定性及结构刚度。因此承重构件大部分采用薄壁宽肢的C型、Z型和工字型截面。板材则压成各种波形并与轻型材料共同工作的形式。当荷载一定时，连续支承构件较简支构件截面要小，故在轻型刚架中，非刚架构件的檩条和墙梁制作成连续支撑方式是降低造价的很好的手段。
4.选择最佳的柱网布置
在门式刚架中，主刚架和檩条的用钢量占有很大的比重，在相同的荷载条件下，柱网布置不同，对主刚架和檩条的用钢量影响很大。主刚架的用钢量随檩条的跨度的增加而减少，而檩条的用钢量则随檩条的跨度的增加而增大，因此檩条有一个经济用钢量的跨度。根据荷载条件的不同，其范围在6～9米之间，檩条一般可采取冷弯薄壁C型或Z型构件。另外主刚架的用钢量还随檐口高度和中柱间距而变化。当檐口高度在4～7.5米，其经济用钢量的中柱间距一般为22～30米。
5.视受力情况采用楔型变截面构件
门式结构梁构件计算的控制内力是弯矩为主，柱虽是压弯构件，也是弯矩的作用效应大于轴压力。刚架采用变截面截面，基本上按照弯矩图形的变化以及施工方便来改变腹板高度和厚度以及翼缘尺寸（上下翼缘可用不同截面，相邻单元的翼缘也可采用不同截面），充分做到材尽其用，甚至可以达到全截面满应力设计。加之采用轻型屋面，刚架构件以及檩条可以做得很轻，因而具有良好的经济性。
三、门式刚架施工
门式刚架施工分为两个阶段,一是在工厂中构件制作,其次是现场的安装,从而也使其产生了与一般施工不同的特点。到工地现场的构件基本上都是工厂预制成型，大部分用螺栓连接，有少许的焊接量。门式刚架的安装，必须按照金属制造商提供的指导性手册进行。由于近几年门式刚结构的快速发展，在施工中有很多的工艺被不断的优化，选择合理的工艺、工序来有序的管理，不仅能有效的降低施工的成本，还能缩短工期，有效的配合其他工种的施工来满足业主的利益。门式刚架梁柱截面的特性与钢框架不同，在施工工艺上要特别注意刚架安装顺序。遵循原则为：安装程序必须保证结构形成稳定的空间整体性，并不使结构产生变形。根据工程的以往经验，在门式刚架的安装中基本上按以下步骤进行
1.门式刚架安装的要求：
1.1钢结构采用扩大拼装单元进行安装时，对容易变形的钢构件应进行强度和稳定性验算，必要时应采取加固措施。钢结构采用综合安装时，应划分成若干独立单元。每一单元的全部钢构件安装完毕后，应形成空间刚度单元。
1.2钢结构的屋架、檩条、支撑等主要构件安装就位后，应立即进行校正、固定。当天安装的钢构件应形成稳定的空间体系。
1.3钢结构安装、校正时，应根据风力、温差、日照等外界环境和焊接变形等因素的影响，采取相应的调整措施。
1.4设计要求顶紧的节点，接触面应有70%的面紧贴。用0.3mm厚塞尺检查，可插入的面积之和不得大于接触顶紧总面积的30%；边缘最大间隙不应大于0.8mm。
2.门式刚架安装的基本步骤
2.1散料就位。①根据图纸及编号对构件进行复核，并进行就位。②根据图纸梁、柱逐一排布就位，放置相应线上。③边柱及围梁全部在地坪外就位，在地坪外吊装。
2.2拼装。梁柱在地面进行预拼装，拼装处用高强度螺栓紧密紧固（初拧）边接。2.3钢柱采用钢垫板作支承时，应符合以下规定：①钢垫板面积应根据基础混凝土的抗压强度、钢柱支座底板下细石混凝土二次浇灌前钢柱底板承受的荷载和地脚螺栓（锚栓）的紧固拉力计算确定；②垫板应设置在靠近地脚螺栓（锚栓）的钢柱底加劲板或柱肢下，每根地脚螺栓（锚栓）侧应设1至2组垫板，每组垫板不得多于5块。垫板与基础面和柱底面的接触应平整、紧密。当采用成对斜垫板时，其叠合长度不应小于垫板长度的2/3。二浇灌混凝土前垫板间应焊接固定。③钢结构安装在形成空间刚度单元后，应及时对钢柱底板和基础顶面的空隙采用细石混凝土二次浇灌。
2.4吊装。吊装前，应对基础的地脚螺栓用锥形护套进行保护，防止螺纹损伤。为了防止柱子根部在起吊过程中变形，钢柱吊装采用把柱子根部用垫木填高，用一台起重机吊装。在起吊过程中，起重机边起钩，边回转达起重臂，直至把钢柱子吊直为止。为了保证吊装时安全，吊装钢柱时，应设工具式吊耳，吊耳应基本通过柱子重心的铅垂线。钢柱吊装前应设置登高挂梯和柱顶操作台夹箍。吊装前确认好吊点位置，吊点处做好梁的保护，安装轴线上钢梁时，在松开吊钩前，做初步校正，用经纬仪借助吊车找正梁的中心位移和垂直度并调整钢梁垂直检查梁无侧向弯曲后拧紧螺栓，再松开吊车，在第一个内开间结构完成后，将所有檩条、围梁和屋檐支梁安装在装好支撑的柱间，组成一体，在进行下一步骤前，将整个柱间调整、校直并设置支撑。以确保这一节间的空间稳定性。终拧这一节间的所有高强螺栓，最后校正固定的整体。在安装过程中，必须用缆风绳来支撑刚架，缆风绳必须固定于正确的固定物或打入底下桩。檩条及其它构件的安装，主体结构安装完成后,重量较轻的次结构及在主结构安装过程中没安装的檩条全部安装到位。
总之，门式刚架系统以其施工速度快、外形美观、用钢量少、结构力学性能好等优点已经在国内迅速的推广开来，随着我国经济的发展，其必将拥有更大的市场和更广应用面。
参考文献：
[1]赵文芳，彭振宇，尹晓霞，大跨度厂房钢结构安装，水力发电，2003（8）
[2]盧乔，大型钢结构工业厂房施工测量技术，南方金属，2003（2）
[3]姚刚，华建民，钢结构工程主承建施工质量控制研究，重庆建筑大学学报，2001（1）
关键词：门式刚架；设计；施工
一、门式刚架结构的特点
门式刚架结构大部分采用强度较高的钢材，其压型钢板和刚架的H型钢厚度较薄，采用单面自动焊，刚架间为柔性支撑。厂房的零配件齐全，现场安装方便。其用钢量一般在26～50Kg/㎡左右。经过了近半个世纪的发展，已形成一种固定的结构形式, 具有自己的系列，采用这种结构具有以下明显的优点：1.门式刚架被称为工业化全装配式结构，从屋面、墙面、墙架、保温层到承重结构，形成完整的体系，具有高度的系列化、标准化和装配化，因此它可以像其它商品一样批量生产。2.外形美观，内部空旷，比一般结构更符合使用要求。厂房和库房内部可以实行任意分隔。3.重量轻，轻型钢结构重量是混凝土结构的1/8～1/10，是普通钢结构的1/2～1/3，围护结构采用压型金属板，每平米用钢量约3～15Kg，因此，对地质条件差和运输不便的地区，其优越性更为明显。4.门式钢结构造价相对较低，特别是对轻型厂房和仓库等类建筑，能取得较好的经济效果。5.安装方便，施工速度快，不需大型起重设备，结构构件和围护结构在现场采用螺栓、自攻螺钉、拉铆钉连接，焊接工作量少，无湿作业，不受季节影响。6.门式钢结构安装方便，拆除也容易。如上所述，采用轻钢结构，特别是轻型门式刚架房屋，在造价上低于钢筋混凝土结构，至于早投产、早受益的综合经济效益将更高。
二、门式刚架结构设计
1.考虑温度效应
轻型门式刚架的跨度和柱距主要根据工艺和建筑要求确定。结构布置要考虑的主要问题是温度区间的确定和支撑体系的布置。考虑到温度效应，轻型钢结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m，横向温度区段不应大于150m。当建筑尺寸超过时，应设置温度伸缩缝。温度伸缩缝可通过设置双柱，或设置次结构及擦条的可调节构造来实现。
2.选用轻体围护及高强钢材：
轻型钢结构建筑特别是门式刚架，大都采用集防水、围护、装饰于一体的轻质多功能新型板材——彩涂钢板（平均重量约为10㎏/㎡），中间层用新型轻质保温材料，如：超细玻璃纤维棉毡，自熄聚苯板等等。以及重量几乎可忽略不计轻巧的通风帽、排气扇、采光板等。所有这些材料，装置均形成一整套的系列化，标准化的成套产品，大大减轻了恒荷载。承重构件普遍采用高强钢材以减少构件截面面积，降低结构自重。
3.充分发挥构件最大潜力选择合理的截面形式和连续支撑构件
根据材料力学我们知道，截面越远离截面型心，其截面惯性距越大，因而构件的抗弯刚度和结构的侧向刚度亦越大。由于轻型钢结构重力荷载都较小，故强度不是主要矛盾，重要的是提高构件的整体稳定性及结构刚度。因此承重构件大部分采用薄壁宽肢的C型、Z型和工字型截面。板材则压成各种波形并与轻型材料共同工作的形式。当荷载一定时，连续支承构件较简支构件截面要小，故在轻型刚架中，非刚架构件的檩条和墙梁制作成连续支撑方式是降低造价的很好的手段。
4.选择最佳的柱网布置
在门式刚架中，主刚架和檩条的用钢量占有很大的比重，在相同的荷载条件下，柱网布置不同，对主刚架和檩条的用钢量影响很大。主刚架的用钢量随檩条的跨度的增加而减少，而檩条的用钢量则随檩条的跨度的增加而增大，因此檩条有一个经济用钢量的跨度。根据荷载条件的不同，其范围在6～9米之间，檩条一般可采取冷弯薄壁C型或Z型构件。另外主刚架的用钢量还随檐口高度和中柱间距而变化。当檐口高度在4～7.5米，其经济用钢量的中柱间距一般为22～30米。
5.视受力情况采用楔型变截面构件
门式结构梁构件计算的控制内力是弯矩为主，柱虽是压弯构件，也是弯矩的作用效应大于轴压力。刚架采用变截面截面，基本上按照弯矩图形的变化以及施工方便来改变腹板高度和厚度以及翼缘尺寸（上下翼缘可用不同截面，相邻单元的翼缘也可采用不同截面），充分做到材尽其用，甚至可以达到全截面满应力设计。加之采用轻型屋面，刚架构件以及檩条可以做得很轻，因而具有良好的经济性。
三、门式刚架施工
门式刚架施工分为两个阶段,一是在工厂中构件制作,其次是现场的安装,从而也使其产生了与一般施工不同的特点。到工地现场的构件基本上都是工厂预制成型，大部分用螺栓连接，有少许的焊接量。门式刚架的安装，必须按照金属制造商提供的指导性手册进行。由于近几年门式刚结构的快速发展，在施工中有很多的工艺被不断的优化，选择合理的工艺、工序来有序的管理，不仅能有效的降低施工的成本，还能缩短工期，有效的配合其他工种的施工来满足业主的利益。门式刚架梁柱截面的特性与钢框架不同，在施工工艺上要特别注意刚架安装顺序。遵循原则为：安装程序必须保证结构形成稳定的空间整体性，并不使结构产生变形。根据工程的以往经验，在门式刚架的安装中基本上按以下步骤进行
1.门式刚架安装的要求：
1.1钢结构采用扩大拼装单元进行安装时，对容易变形的钢构件应进行强度和稳定性验算，必要时应采取加固措施。钢结构采用综合安装时，应划分成若干独立单元。每一单元的全部钢构件安装完毕后，应形成空间刚度单元。
1.2钢结构的屋架、檩条、支撑等主要构件安装就位后，应立即进行校正、固定。当天安装的钢构件应形成稳定的空间体系。
1.3钢结构安装、校正时，应根据风力、温差、日照等外界环境和焊接变形等因素的影响，采取相应的调整措施。
1.4设计要求顶紧的节点，接触面应有70%的面紧贴。用0.3mm厚塞尺检查，可插入的面积之和不得大于接触顶紧总面积的30%；边缘最大间隙不应大于0.8mm。
2.门式刚架安装的基本步骤
2.1散料就位。①根据图纸及编号对构件进行复核，并进行就位。②根据图纸梁、柱逐一排布就位，放置相应线上。③边柱及围梁全部在地坪外就位，在地坪外吊装。
2.2拼装。梁柱在地面进行预拼装，拼装处用高强度螺栓紧密紧固（初拧）边接。2.3钢柱采用钢垫板作支承时，应符合以下规定：①钢垫板面积应根据基础混凝土的抗压强度、钢柱支座底板下细石混凝土二次浇灌前钢柱底板承受的荷载和地脚螺栓（锚栓）的紧固拉力计算确定；②垫板应设置在靠近地脚螺栓（锚栓）的钢柱底加劲板或柱肢下，每根地脚螺栓（锚栓）侧应设1至2组垫板，每组垫板不得多于5块。垫板与基础面和柱底面的接触应平整、紧密。当采用成对斜垫板时，其叠合长度不应小于垫板长度的2/3。二浇灌混凝土前垫板间应焊接固定。③钢结构安装在形成空间刚度单元后，应及时对钢柱底板和基础顶面的空隙采用细石混凝土二次浇灌。
2.4吊装。吊装前，应对基础的地脚螺栓用锥形护套进行保护，防止螺纹损伤。为了防止柱子根部在起吊过程中变形，钢柱吊装采用把柱子根部用垫木填高，用一台起重机吊装。在起吊过程中，起重机边起钩，边回转达起重臂，直至把钢柱子吊直为止。为了保证吊装时安全，吊装钢柱时，应设工具式吊耳，吊耳应基本通过柱子重心的铅垂线。钢柱吊装前应设置登高挂梯和柱顶操作台夹箍。吊装前确认好吊点位置，吊点处做好梁的保护，安装轴线上钢梁时，在松开吊钩前，做初步校正，用经纬仪借助吊车找正梁的中心位移和垂直度并调整钢梁垂直检查梁无侧向弯曲后拧紧螺栓，再松开吊车，在第一个内开间结构完成后，将所有檩条、围梁和屋檐支梁安装在装好支撑的柱间，组成一体，在进行下一步骤前，将整个柱间调整、校直并设置支撑。以确保这一节间的空间稳定性。终拧这一节间的所有高强螺栓，最后校正固定的整体。在安装过程中，必须用缆风绳来支撑刚架，缆风绳必须固定于正确的固定物或打入底下桩。檩条及其它构件的安装，主体结构安装完成后,重量较轻的次结构及在主结构安装过程中没安装的檩条全部安装到位。
总之，门式刚架系统以其施工速度快、外形美观、用钢量少、结构力学性能好等优点已经在国内迅速的推广开来，随着我国经济的发展，其必将拥有更大的市场和更广应用面。
参考文献：
[1]赵文芳，彭振宇，尹晓霞，大跨度厂房钢结构安装，水力发电，2003（8）
[2]盧乔，大型钢结构工业厂房施工测量技术，南方金属，2003（2）
[3]姚刚，华建民，钢结构工程主承建施工质量控制研究，重庆建筑大学学报，2001（1）