浅谈大跨度门式刚架结构厂房的设计要点

在学习和工作中，每个人都不可避免地会接触到论文。论文是学术成果交流的工具。相信很多朋友对写论文很苦恼。以下是我收集的大跨度门式刚架结构厂房的设计要点，供大家参考，希望对有需要的朋友有所帮助。

摘要:

随着现代社会的不断发展，厂房的建造技术也在不断进步。许多企业在建造工厂时使用大跨度门式刚架。由于这种建筑结构造价低，具有一定的美观性，安装工艺也非常简单，因此受到了很多建筑企业的高度重视，甚至在很多高层建筑、仓库、展厅中。基于此，本文主要探讨大跨度门式刚架轻钢厂房的设计与应用，从结构和应用两方面研究其设计要点，并对刚架轻钢厂房设计中需要注意的一些问题进行综合研究，提出相应的建议。

关键词:

门式刚架；车间设计；应用；建议；

1，简介

大跨度门式刚架厂房与传统厂房相比，工作量少，综合效益高，拆卸方便，可为企业节约大量成本，适合各类企业建设，建设周期较短。如果企业想快速建造厂房，大跨度门式刚架轻钢厂房是非常好的选择。近年来，许多企业开始设计大跨度门式刚架轻钢厂房，但在目前的工程建设中仍存在一些质量问题。本文详细阐述了门式框架设计的技术要点，希望能给所有企业带来一些思考和启发。

2.大跨度门式刚架结构的特点和适用范围。

近年来，工业生产水平逐年提高，制造加工条件得到有效改善，整体工业化进程进入新时代。建筑业的技术含量和应用价值得到了突飞猛进的提高。大跨度门式刚架轻钢厂房为彩钢板结构。由于其重量轻，抗震效果好，符合我国大力发展绿色建筑的要求，受到许多建筑师的青睐。特别是这种建筑结构具有独特的优势，为企业带来更高的安全性能和经济效益。目前，我国各行各业都开始加大大跨度门式刚架轻钢厂房的应用，采用成熟的钢结构技术，结合信息化、智能化和人性化，使得大跨度门式刚架轻钢厂房的发展前景更加明朗。目前，适用于大跨度门式刚架轻钢厂房的规范是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》，其中详细规定了门式刚架跨度不宜超过36m，整体建筑高度宜为4 ~ 9m，并进一步加强整体建筑的刚性结构设备。

3.大跨度门式刚架厂房的设计要点

3.1，节约成本，布局结构合理。

一般情况下，大跨度门式刚架厂房一般根据建筑物的实际用途和工艺要求确定，一般为9 ~ 35 m，跨度为20 ~ 30 m，性价比最高。一般刚架的用钢量取决于其间距，但吊车梁的用钢量会随着刚架间距的增大而增大。对比以往施工经验可以发现，5 ~ 8m采用无桥吊配合跨度，大跨度常采用大柱距，3 ~ 5m最合适。如果使用高度为10t或悬挂载荷较大的起重机，柱距约为6m。

门式刚架平均高度4 ~ 9m，桥式起重机不超过12m。屋面坡度为1/8 ~ 21/1，屋面排水满足生产要求。尽可能取最小坡度，可以有效降低风荷载，节省建筑材料。如果风荷载不是很大，在建筑高度不高的情况下，可以适当减小刚架。

如果厂房建筑设计跨度不是很大，可以采用单脊双坡的形式。其他情况下，屋脊两侧需要一根檩条，多一根屋脊需要多一根檩条。同时要增加室内排水的材料，避免刮风下雨的情况，导致车间积水积雪，增加车间负荷。如果负荷过大，会漏到车间，影响企业。因此，从节约成本和增加经济效益的角度出发，可以采用多垄多坡的方法。

3.2、构件截面设计

为了充分发挥材料的作用，根据大跨度门式刚架的结构设计，节约了钢材。一般采用变截面梁、柱，必要时改变截面高度和腹板厚度。有桥式起重机时，柱采用等截面构件，屋面荷载轻，钢梁跨度大，工字形截面在受弯构件中主要受剪。对于门式刚架，应充分利用板的屈曲强度，当截面不满足要求时，先加厚翼缘板，可取得较好的经济效果。该设计还可以简化门式刚架的柱脚结构，降低基础要求，进一步降低工程造价。如果有桥式起重机，对侧向刚度有严格要求，柱脚应设计成钢接头。

3.3、支撑结构的布局和构造

大跨度门式刚架的支撑体系包括刚性系杆、柱间支撑和侧向支撑。整个知识体系能够保证刚架的整体稳定性，并将纵向水平荷载传递给基础。在设置柱间支撑时，可同时设置屋面的横向支撑，形成几何不变的体系，在刚架的转弯处可设置刚性拉杆。若厂房柱子较高，且无吊车，可根据支撑的夹角设置柱间双层支撑，支撑与水面的夹角保持在30° ~ 60°。吊车作为纵向拉杆，上下柱无下支撑，以减少吊车梁的温度应力。一旦柱间十字形支撑的角度小于30°，则上部柱支撑可为人字形或W形。在没有吊车的车间，可以使用张紧装置的十字圆钢支撑。有5t以上吊车时，应采用十字圆钢支撑，并设置屋面纵向支撑，以提高吊车梁的横向刚度。

3.4、角撑的设置

施工时需要考虑刚架梁可能受压，受压梁两侧必须设置支座作为侧向支撑。在实际施工过程中，经常使用角撑作为钢梁平面外的支点，以减小钢梁的应力，提高整个建筑结构的稳定性，适当减少支撑长度，增加内力。施工中设置角撑，保证安装精度。一般每1檩条设置1角撑，间距2 ~ 4m。设计角撑时，还应注意以下问题:

第一，如果钢梁的截面较大，要按照固定的规则准确计算角撑的强度。

其次，角撑连接的檩条厚度不容易太薄。如果小于2mm，将无法支撑钢梁。因此，需要预先计算檩条的局部承载力。

第三，对于带角撑的钢柱计算长度是否可以按间距计量，目前还存在争议。没有经验，建议取1.1倍角撑间距[1]。

3.5、大跨度门式刚架端板连接设计

为了提高施工的便利性，常用的刚构跨度为15 ~ 36m，采用运输加工的方式在现场拼装安装。在安装过程中涉及到端板结构的连接特点，其中端板连接是整个节点连接设计中性价比最高的方式，广泛应用于大跨度轻型门式刚架。与翼缘拼接和普通腹板拼接相比，端板连接可以降低材料成本，增加整体结构。端板拼接有三种形式，即垂直、倾斜和水平。端板连接还测试其承受的弯矩和剪力。按最大应力设计，采用高强度螺栓，端板连接螺栓应对称布置，不应少于两排。端板的厚度不应小于1cm。法兰与端板的焊接采用全熔透对接焊技术，以保证焊接质量。

3.6、屋面活荷载值

目前，市场上使用的大跨度门式刚架的设计结构主要是根据相关设计规范制定的。经调查发现，钢结构设计规范中的活荷载为0.5kN/m2，但如果构件的荷载面积较大，则乘数折减系数为0.6。大跨度门式刚架满足此条件，活载为0.3kN/m2。

这个数据国内外差别很大。国外这种房子的设计需要考虑0.15 ~ 0.5 kn/m2的附加荷载，我国的设计内容中没有这样的描述。所以有些厂房框架的柱梁太细，扣除荷载。如果遇到大风等恶劣天气，可能会超过负荷定额，容易造成车间安全问题。因此，在建造大跨度门式刚架时，一定要注意房屋活荷载的取值，不能盲目扣除荷载，以保证厂房的稳定性。

3.7、需要计算合理跨度

跨度问题在很大程度上影响着厂房结构的稳定性。因为不同的生产工艺在使用上可能会有很大的差距，有些企业甚至希望根据自己的使用要求合理配置厂房的形式和大小。在这种情况下，就需要提前计算好哪个跨度可以帮助企业节约成本，尽可能满足生产工艺要求。要根据房屋的高度来确定合理的跨度，首先要计算梁高和荷载。确定两个值后，大跨度刚架的用钢量适当增加，但整体造价会更低，可以进一步节省空间，所以综合效果很好。通过计算发现，如果檐口过高，跨度过大，在中间设置摆柱，比单跨刚架可节约用钢量20%左右，设计时应选择更经济的跨度[2]。

3.8、刚架间距的确定

房价的间隔与房屋的荷载跨度等因素有关。选择较大间距会发现檩条用钢量不经济。为满足规范要求，刚架立柱间距为6 ~ 9m。

3.9.柱脚的抗风措施

在实际工程中，偶尔会听到刚性框架柱在强风中被连根拔起的情况。其实主要原因不是因为荷载计算错误，而是支撑柱子时忘记了传递到柱脚的力。特别是建筑的竖向尺寸较小，只涉及少量的柱来抵抗风荷载，支撑会给柱脚带来很大的拉力。如果柱脚没有可靠的固定措施，很可能被连根拔起。因此，在容易发生大风的地区，要格外注意柱脚的抗风措施，如在柱脚末端设置寻迹螺栓，设置寻迹板[3]。

3.10，消防设计

众所周知，大跨度门式刚架虽然有很多优点，但其防火性能较差，特别是当车间温度变化较大时，内部屈曲强度和弹性模量会随着温度的升高而降低。在突发火灾的情况下，厂房钢结构会因温度上升过快而失去承载能力，导致厂房倒塌。为了提高钢结构在高温下的稳定性，有必要对钢结构采取保护措施。有必要对火灾危险性进行分类，所有设计人员都要确定门式刚架和轻钢厂房的防火等级。同时根据我国的规范和防护要求，保证钢构件的质量，最大限度地避免高温对钢结构的负面影响。同时，也可以采用在钢结构表面涂覆防火材料的措施来提高钢结构厂房的防火性能。另外，钢结构的设计要从大局出发，多角度考虑设计工作，比如按照国家规范的要求设置疏散电梯的紧急出口，使工厂内的员工在突发火灾时能在最短的时间内疏散，避免企业的经济损失，保证员工的人身安全。

3.11，防水设计。

大跨度门式刚架厂房所需材料为金属彩钢板。虽然很漂亮，但是防水问题一直存在。修建大跨度门式刚架厂房，做好防水设计是十分必要的。由于金属彩钢板本身的导热系数较大，当与之接触的外界环境发生较大变化时，会产生一定的温差变化，使彩钢板发生收缩，从而在接口处产生位移误差，因此非常容易出现漏水问题，彩钢板接口处是漏水问题的高发区。在钢结构体系中，钢结构本身容易发生温度变化，因风荷载等外力而变形，支点连接处漏水。由于材料的连接不同，特殊部位因温度变化产生的应力不同步，需要及时修补隐蔽漏水。对于金属彩钢板的防水设计，应采取先引后堵的方式，重视整个设计和施工过程，把防水工程作为一个系统工程来抓。在设计阶段，要考虑坡度、坡长、构件等诸多因素，科学采用彩钢板规格。设计合理的断面和足够的落水点，出台详细的防水构造措施，从理论上降低漏水的可能性。在施工过程中，施工人员也要完善设计，在施工过程中对施工环节进行监督。一旦发现问题，要及时整改，做好验收，做好房屋淋水试验记录，严格控制施工质量。即使验收后也要定期检修，确保不存在漏水隐患后才能投入使用[4]。

3.12，计算刚架的侧向内力。

目前，在计算内力的过程中有很多方法可供选择。门式变截面刚架结构的内力计算通常采用弹性分析法。虽然用其他计算方法可以得到所需的参数，但计算的基本精度不如弹性分析法高。另外，塑性分析也是一种常用的方法，但这种方法只用于刚架中所有等截面钢柱的内力计算。在具体计算过程中，通常采用单元杆系有限元法，计算所需参数相对复杂，因此地震过程中产生的效应可以用该方法确定。同时根据不同的荷载条件确定内力结果。在具体分析的过程中，需要确定不同荷载的具体组合，不同组合引起的内力结果也有很大差异。在计算过程中，尽量找出控制截面的内力组合，控制底部连接柱顶部的截面位置和横梁的截面。最后，横向内力的影响因素相对较多。因此，在计算过程中需要确定哪些因素是主要影响因素，哪些是次要影响因素。因为在计算过程中通常采用弹性分析法来确定它们，所以在具体的计算过程中只需要获得标准荷载的值即可。虽然其他一些数据也会对最终的结果产生一定的影响，比如部分荷载的系数，但是这个系数的复杂度比较高，所以在计算过程中，刚架横向内力的计算分析结果对于刚架结构的施工非常重要。在后期的施工过程中，需要根据位移测量的具体值来选择相应的施工位置，所以一定要注意这个过程。

4.结论

总之，由于我国钢结构企业发展较晚，很多施工细节在实际设计中可能要经过多次计算才能确定，很多工人施工经验不丰富，导致施工效果不理想，整体结构稳定性不高。因此，设计人员需要进一步学习钢结构知识，改变设计理念，改进存在的问题，保证工程设计质量的提高，促进我国新型门式刚架钢结构的进一步发展。

参考

[1]梁惠西大跨度[J形框架斜梁]塑性承载力应用研究[D]沈阳:沈阳大学，2017。

张博。大跨度门式刚架结构的设计与分析[D]邯郸河北工程大学，2014。

[3]董超超大跨度[J型刚构]抗风优化设计研究。广州:广州大学，2012。

潘哲林大跨度轻钢厂房结构设计[J]。浙江建筑，2011，28 (03): 19-21。

；