浅谈门式刚架的设计与应用

王石杰

宁波工程有限公司土建室浙江宁波315000

摘要：近些年来，在化工领域，单层工业厂房建设中采用轻型门式刚架结构的厂房越来越多。轻钢结构具有施工速度快，用钢量少，造价低，适用范围广等优点，被许多业主视为优选的结构型式。有必要对门式刚架这种比较特殊的结构形式进行较为准确的分析，明确受力特点对容易出现或者忽略的细节进行简要说明。满足规范设计要求，并做到美观，轻巧。

关键词：水平荷载，门式刚架传力路径，门式刚架基础设计，双桩承台基础的应用，门式刚架上部结构设计

1门式刚架结构荷载的传力路径

1.1门刚纵向平面所受的荷载及其传力路径

水平荷载：

a.风荷载-山墙-抗风柱-屋盖横向水平支撑-联系梁-纵向刚架柱-基础-地基。

b.地震-屋盖-纵向刚架柱-基础-地基。

c.吊车纵向水平制动力-吊车梁-纵向刚架柱-基础-地基。

1.2门刚横向平面所受的荷载及其传力路径

竖向荷载：

a.雪（灰）屋面荷载-屋面板-屋架-刚架柱-基础-地基。

b.吊车轮压-吊车梁-牛腿-刚架柱-基础-地基。

c.墙体重量-墙梁-刚架柱-基础-地基。

d.墙体重量-基础梁-基础-地基。

水平荷载：

a.风荷载-墙体、屋盖-刚架柱-基础-地基。

b.地震-屋盖-刚架柱-基础-地基。

c.吊车横向水平制动力-吊车梁-刚架柱-基础-地基。

2门式刚架基础的设计特点及要求

2.1受力特点分析

对于门式刚架轻钢结构工业厂房而言，以下四个因素往往决定了基础的受力特点：

（1）厂房设有多台吊车，有时吊车吨位较大，横向水平位移较难控制，要求横向柱脚刚接；纵向水平荷载由柱间纵向支撑承受，故纵向柱脚多为铰接。

（2）由于钢结构自振周期较长，而结构自重较轻，水平地震作用相对较小。水平控制荷载多为风荷载加吊车水平制动荷载。

（3）结构重量轻，风荷和吊车水平制动荷载相对较大，造成基础偏心较大，一般最大偏心距可达左右。

（4）门式刚架轻型钢结构厂房单层或单层带夹层基础多采用独立基础或桩基承台基础。

2.2厂房基础的设计要求

2.2.1基础设计原则

（1）根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）偏心基础的设计应遵循以下原则：

当偏心荷载作用时，；

当基础底面形状为矩形且偏心距时，；

其中，为基础宽度；为垂直于力矩作用方向的基础底面边长；为合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离；为修正后的地基承载力特征值。

2.2.2工业厂房的设计要求

由于偏心荷载作用下基础底面反力不均匀性，可能使基础发生倾斜，甚至会影响厂房的正常使用，特别是带有吊车的工业厂房，因此对基底土压力分布作以下限制：

（1）对于，吊车起重量在的露天跨柱基，要求。（对于吊车起重量大于的厂房不适用于门式刚架轻型房屋结构，见《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，本文不讨论。

（2）对于承受吊车起重量以下的厂房柱基，要求，即不出现基础底面和地基的脱离，要满足条件，偏心距最大。

（3）对于仅有风荷载而无吊车荷载的柱基，允许基础底面不完全与地基接触，但接触部分长度与基础长度之比，同时，还应验算底板受拉一边在底板自重及上部土的重力荷载作用下的抗弯强度。

3双桩承台基础在门式刚架中的应用

柱下双桩承台宜按深受弯构件计算受弯、受剪承载力、不需要进行受冲切承载力计算。

一般来说，柱下双桩承台ι0跟h选择合理时，箍筋及腰筋均很小。纵向受力筋根据弯矩，内力臂的不同配置所需要的钢筋。柱下双桩承台需支撑门刚上部结构墙梁，所以，承台可能沿一个方向需要作扩大处理。但由于轻钢结构大多采用轻质屋面及墙板，自重较小，而水平风荷载相对垂直荷载往往较大，基础形式采用双桩承台基础时，可以避免因弯矩过大，导致基础面积过大的问题。

4门式刚架上部结构设计

4.1根据荷载等级确定刚架大小

门式刚架荷载相对固定，计算出每延米恒荷载，活荷载的大小，根据荷载等级选择刚架大小。需要精确计算墙面檩条，屋面檩条，支撑，系杆，套管的重量及风荷载的大小。

4.2弹簧板大小

为了避免刚架基础与山墙柱基础相碰，山墙柱边到刚架柱中心的距离不为门刚图集中规定的间距600。弹簧板长度，及厚度需根据实际情况确定。

4.3门窗洞口檩条的布置

门洞口上缘及窗洞口上下缘均因设置两道檩条，檩条的布置还应避开檩托的位置。

并满足相应檩条之间距离小于1500mm的要求。

4.4屋顶处刚架柱侧钢牛腿的设置

为了支撑屋面天沟板，刚架柱侧需增加钢牛腿。由于天沟板自重很轻。增加的钢牛腿满足支撑天沟板长度要求，焊接3块板即可。

4.5柱间支撑的布置

柱间支撑的布置满足门刚图集柱间支撑布置原则及间距要求。且考虑门窗洞口的位置作适当的调整。

5结束语

目前，门式刚架轻钢结构在工业厂房中广泛使用，在进行门刚设计时，需明确受力大小及传力路径，柱脚的选择需跟计算模型一致，实际设计中不能硬套图集，宜尽量做到美观，轻巧。

参考文献：

[1]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010，2015）

[2]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

[3]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）

[4]《门式刚架轻型房屋钢结构》（02SG518-1）

[5]《门式刚架轻型房屋钢结构（有吊车）》（04SG518-3）