轻钢门式刚架结构的设计要点

路倬

众一伍德工程有限公司宁夏分公司  宁夏回族自治区银川市   750000

摘要：轻型钢门式钢架结构在建筑物的设计和规划中具有广泛的应用。因为这种结构设计具有其他结构设计无法比拟的强大优势。为了加强这种结构设计的优点,保证这种钢结构的质量,必须分析钢结构设计的要点,掌握基本设计模式,进一步发展轻型钢门结构。近年来,随着我国彩色钢产量的增加和H型焊接钢的出现,我国轻钢结构进入了发展阶段。门式刚架构的施工一般采用概率论,设计系数的表达式按极限状态设计法计算，承重部件的设计符合最大负载和操作限制。

关键词：轻钢门式；刚架结构；设计要点

轻钢门结构的特点是结构美观,强度高,伸长率好,重量轻,施工速度快,钢材用量少。他们在项目的开发中发挥了重要作用，在详细总结和分析轻钢结构典型优势的基础上,本文着重介绍了轻钢门式刚架结构优化时需要注意的一些常见问题。

一、轻钢门式刚架结构相关概述

1.结构形式。有不同类型的轻钢门式刚架结构,有单、跨、多跨、带挑檐几种。

2.典型结构优势。轻钢门式刚架是一种系统结构,从刚架到支撑结构,伴随着屋盖和墙体保护结构,相应的支撑系统。与其他材料相比,轻钢结构具有以下优点。(1)重量轻。轻钢框架结构由于薄壁的重量比高、厚度高,可增加居住面积,并可根据截面尺寸合理划分,与其他结构相比,表面利用率大大提高。这个横截面模块很棒,有一些好东西优异的机械性能和性能,结构强度高,与混凝土结构相比,轻钢的重量约为后者的一半。通过工程设计,可以根据实际情况满足调整要求。（2）稳定性好结构,抗震性好。稳定性好轻钢框架结构,钢梁和钢柱由柔性框架组成,钢的高强度、良好的韧性和塑性变形特性可以充分利用,吸收一些地震能量,提高房屋的拉伸、变形和振动性能。一般来说,它的抗震性是砖结构的两倍以上,大地震后维护成本降低。它也适用于各种地质条件下的施工,提高了设计的安全性和可靠性。(3)施工快。总体而言,轻钢框架结构由于其结构标准化、造型、加工和产业化,除了现场安装工艺不受气候影响外,简单快捷,与混合钢结构相比,可缩短工作时间1/3至1/2%,加快资本周转,提高投资回报率。(4)良好的隔热性。一些轻钢框架结构采用聚苯乙烯泡沫或单板,采用保温棉等措施,使隔音效果好,且不助烧、霉变，虫蛀;满足实际工作流程中的热处理、隔热和降噪要求。(5)环境效益。成品部件运输后可在施工现场连接安装,废弃物利用率达到100%,是一种真正环保的建筑材料。此外,它可以在任何气候条件下全年建造,污染少,符合国家要求,生态清洁可持续,不仅具有良好的经济效益,而且没有框架。环境适应性好,对海拔和气候条件的环境要求低。

二、轻钢门式刚架设计

1.间距。梁与框架间距、屋顶荷载与檩条等因素,框架间距小,刚架间距大,檩条数量增加不经济,但如果改变间距,不仅经济,而且结构质量受到很大影响。

2.横截面高度与其长度的关系。对于刚性梁框架,横截面高度应为1/l5-1/25长度;对于刚性框架梁,横截面高度应为长度的1/30至1/45:下限比值使用。

3.假定柱脚。根据柱脚和地面的连接条件,刚接和铰接可分,与计算相比,铰接钢框架支撑可以节省10%~15%的钢,比铰接的钢框架更有利于增加结构的承载能力,减少钢框架的横向位移。但是刚性框架基础的成本相对较高,对基础条件的要求相对较高,如果满足简单连接的要求,则不一定经济适用于轻型框架,因此一般用于柱脚铰接。

三、轻钢门式钢架节点的设计

1.柱脚。连接柱脚与基础分为理论、工程和刚接,连接难于承受柱脚旋转,实测应力小于设计,柱顶的实测应力过大。门式刚架铰接柱脚是设计的一般前提,柱脚局部硬度对框架的刚架的受力没有负面影响。在恒截和风荷载的情况下,柱顶理论铰接位移过大,上述试验的实际值为7.04cm,但改善这种情况应用工程铰接。测量值为5.26,最好为2.94刚接。

2.节点角隅和屋脊。螺栓的放置有助于确保节点连接的刚性,通常加腋角隅和屋脊，高通常是梁横截面高度的1/2。加腋刚性门可以减小梁的弯矩,减小截面尺寸,当然它也可以增加柱的弯矩,梁的总长度大于普通柱的长度,这样钢可以抵消负荷成本。加腋屋脊处不仅有利于节点结构,而且有助于减少刚架的垂直变形,但屋脊附近弯矩的变化对承载能力的增加没有直接影响。

3.加劲肋柱顶腹板。加劲肋设置,以增加角隅处的拉伸强度,如图1所示。此外,加劲柱顶腹板形式图1中的柱翼缘板通常比梁的横端更薄,并且为了防止柱翼因螺栓而变形,在柱翼的受拉螺栓附近安装了一个(图1a)加劲板。对角线受拉与短加劲板结合使加劲肋在结构上更有效,并克服了其他形式的穿螺栓可能遇到的困难。

图1柱顶腹板加劲形式

4.檐口构件。在刚性框架之间具有角隅檐口应该更刚强。檐口元素包含一个垂直支撑墙梁和檩条等。支撑的顶部在位置上受限,并将垂直风传递到支撑系统,而角隅处内翼的侧面边缘移动受压。对于垂直安装在角隅上的支撑,支撑组件可靠地直接连接到受压内票缘,以避免挠曲侧间。如果内翼弧形,支架应放置在弧的中心或附近。对于直柱和梁,它们必须垂直放置在交点或内翼缘沿角隅处。虽然弯矩比较快,但距角隅附近的内压机翼的弯曲应力不大,但也需要在侧面支撑点附近进行调整,通常在内侧翼的曲线或弯曲处。在钢框角隅处增加主支撑曲线时,B2/Rt比值应小于2,以减少曲线翼缘正常力集中,其中翼缘b是宽度,t是厚度,R是加腋益线优选半径,常用于墙梁和檀条梁,以保证内翼在压力下的侧支撑。

四、门式刚架轻钢结构设计中的若干问题

1.选取钢材及截面刚架。一般来说,刚架的长度不大,影响截面的一个重要因素是材料的强度,在这种情况下,钢的强度是我们最好的选择,一般Q345和框架截面应选择厚钢,所以整体截面高度相对较低,投资相对较低,其他可以保证整个结构更安全、更稳定。但是,当框架长度比较大时,框架结构取决于装载时可能发生的变形,包括框架变形、位移和稳定性,在这种情况下,必须选择框架的上表面来控制钢梁在一定范围内的变形。在这种情况下,钢材本身的强度对减小变形程度起着很小的作用,所以从金钱的角度来看,我们应该选择钢材的强度来代替劣质钢材,一般选择Q235,以保证质量。

2.布置柱间支撑。在轻钢结构的一般布置中,支柱之间的支撑布置可以认为是非常重要的,我们必须保证整个结构的设计符合规定的数据,使轻钢的动力传递相对稳定。在柱间布置时,应合理增加刚杆的数量,支撑角度应在45左右。一般来说,所有支柱应放置在支柱之间的任何温度范围内,支柱之间的支撑位置应考虑到屋顶的水平支撑,支柱之间的间距应相等。支柱之间的支撑位置应考虑不同施工条件下的各种影响因素,以加强各构件的检验要求,保证节点结构的合理性,可靠地保证门体结构的安全性。

3.钢梁的分段。在刚架具体设计中,我们发现很多钢梁结构不同,弯曲程度也会随总荷载的不同而不同,零弯矩的位置也会不同,也就是说实际的设计工作,钢梁分段是我们需要特别注意的部分。为了保证工艺的稳定性,设计人员经常会考虑以下几个方面。首先可以说,连接节点是影响钢支承截面的主要因素,在确定连接节点时,结合强度分析,有必要有效控制设计的复杂性。其次,为了保证钢梁在运输过程中不会造成不必要的问题,钢梁车辆的运输可能会面临不同的地形和道路条件,如果钢梁的长度不符合要求,弯曲将成为一个问题。这需要适当分段钢梁,否则很容易变形或损坏,因此即使在运输过程中没有问题,结构的适用性也会受到严重影响。

4.整体变形。关于刚架在横向柱顶水平位移的要求,在行业规定中,但在实际的设计工作中,我们必须明确的是,支撑系统在受力变形后会造成较大的位置偏差,因此在一些重要的设计现场,我们还必须考虑到垂直变形的问题,采用刚性支撑,确保整个变形平面处于可控范围内。

轻钢门结构设计在钢结构设计中起着非常重要的作用,它对钢结构设计的发展也非常重要,所以我们应该加强对轻钢门结构的讨论。

参考文献：

[1]赵成.某轻钢门式钢架厂房火灾后的恢复.第三届全国现代结构工程学术研讨会论文集.2021-07-01.

[2]叶璞.带有长悬臂雨篷超大跨度门式钢架结构的有限元分析安徽建筑工业学院学报(自然科学版)2021-12-15

[3]吕飞.轻型门式刚架平面内稳定性能及空间性能分析.兰州理工大学2021-05-01.

[4]李清久.实腹式索支承梁拱结构的工程应用与研究.钢结构工程研究（六）——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会学术交流会论文集.2021-08-01.

[5]徐澄.浅谈轻型门式钢架结构设计.吉林省土木建筑学会学术年会论文集.2021-12-06.

[6]杨其．门式刚架轻型钢结构几种特殊情形的结构设计探讨[J].福建建设科技,2021,(02):22-26．

[7]白华．浅谈门式刚架轻钢结构设计中的若干问题[J].科学技术创新,2021,(11):226．