門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)是房屋建筑結(jié)構(gòu)的一種。在現(xiàn)代城市建筑中，得到了較為廣泛的運(yùn)用，已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑的重要結(jié)構(gòu)類型。文章將從門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行探討，包括門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的特點(diǎn)、形式、設(shè)計(jì)方法等。
　　
　　隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑的結(jié)構(gòu)和形式也開始朝多樣化發(fā)展，無論是審美還是使用功能都有了很大的飛躍。而多門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)作為輕型鋼架結(jié)構(gòu)中的一種，在現(xiàn)代建筑行業(yè)得到了很大的發(fā)展。在門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)方面，也有了很高的要求。這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程的實(shí)際情況，充分掌握門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、適用范圍、結(jié)構(gòu)形式等，同時(shí)，還需要對門式剛架的塑性設(shè)計(jì)與計(jì)算、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和支撐布置等方面的知識有充分的了解。
　　1.剛架特點(diǎn)
　　剛架結(jié)構(gòu)是梁柱單元構(gòu)件的組合體，形式種類多樣。根據(jù)不同的建筑，又有不同的使用范疇。一般而言，單跨、雙跨或多跨的單、雙坡門式剛架，在單層工業(yè)與民用房屋的鋼結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用較多。
　　單跨、雙跨門式剛架的斜梁和柱常為剛接，而柱的底部多數(shù)為鉸接。在工程需要的情況下，在多跨剛架中間柱與斜梁的連接部，可以考慮采用鉸接。而多跨剛架，通常需要采用雙坡或單坡屋蓋，如果工程有需要，也可采用由多個(gè)雙坡單跨相連的多跨剛架形式。
　　與屋架結(jié)構(gòu)相比，門式剛架的整個(gè)構(gòu)件的截面尺寸較小，這樣就方便我們更好、更有效地利用建筑空間，不僅能夠有效的降低房屋的高度，也可以有效的減小建筑體積，同時(shí)也對建筑造型起到美觀作用。
　　一般的門式剛架用于跨度為9~36m、柱距為6m、柱高為4．5~9m，而且設(shè)有起重量較小的懸掛吊車的單層工業(yè)房屋，或者公共建筑。需要架設(shè)橋式吊車時(shí)，其起重量控制在20t以內(nèi)，屬于A1～A5中、輕級工作制吊車；而在設(shè)置懸掛吊車時(shí)，起重量控制在3t以內(nèi)。
　　2.結(jié)構(gòu)形式
　　從類型上看，門式剛架的結(jié)構(gòu)形式有很多種。按構(gòu)件體系分，有實(shí)腹式與格構(gòu)式；按橫截面形式分，有等截面與變截面；按結(jié)構(gòu)選材分，有普通型鋼、薄壁型鋼、鋼管或鋼板焊成。一般來說，實(shí)腹式剛架的橫截面是工字形，當(dāng)然，也有少數(shù)是z形；而一般而言，格構(gòu)式剛架的橫截面是矩形或者三角形。
　　2.1建筑尺寸
　　通常情況下門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的尺寸應(yīng)該滿足下列規(guī)定：1）門式剛架的跨度取值標(biāo)準(zhǔn)為，橫向剛架柱軸線間的距離。2）門式剛架的高度的取值標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該是地坪至柱軸線與斜梁軸線交點(diǎn)的高度。當(dāng)然，具體的高度需要安裝使用要求的內(nèi)凈高確定。3）在柱的軸線選擇上，一般可以通過柱下端中心的豎向軸線。如果是工業(yè)建筑邊柱的定位軸線，則應(yīng)該考慮取柱外皮。斜梁的軸線可取通過變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平行的軸線。4）門式剛架輕型房屋的檐口高度，應(yīng)該按照地坪至房屋外側(cè)檁條上緣的高度來取定。其最大高度，一般由地坪至屋蓋頂部檁條上緣的高度決定，而房屋側(cè)墻墻梁外皮之間的距離，則為寬度應(yīng)取的距離，長度則按照兩端山墻墻梁外皮之間的距離作為標(biāo)準(zhǔn)取值。
　　通常來說，門式剛架的跨度應(yīng)該為9~36m，如果邊柱的寬度不等，那就需要把外側(cè)對齊。而一般的高度應(yīng)該在4．5~9．0m之間，如果有橋式吊車時(shí)，就不能超過12m。間距，也就是柱網(wǎng)軸線在縱向的距離一般要采用6~9m。挑檐長度可根據(jù)使用要求確定，但是通常是在為0．5~1．2m之間取值，其上翼緣坡度宜與斜梁坡度相同。
　　2.2結(jié)構(gòu)平面布置
　�。�1）門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)段長度必須要滿足這兩個(gè)規(guī)定：1）縱向溫度區(qū)段不大于300m；2）橫向溫度區(qū)段不大于150m。當(dāng)然，這只是參照值，如果有計(jì)算依據(jù)和需要時(shí)，溫度區(qū)段長度可根據(jù)工程的實(shí)際需要適當(dāng)加大。
　　（2）在多跨剛架局部抽掉中間柱，或者邊柱處需要考慮布置托架梁。
　�。�3）屋面檁條的布置應(yīng)考慮天窗、屋面材料、采光帶、通風(fēng)屋脊、檁條供貨規(guī)格等因素的影響，屋面壓型鋼板厚度和檁條間距應(yīng)按計(jì)算確定。
　�。�4）山墻可設(shè)置由抗風(fēng)柱、斜梁、墻梁及其支撐組成的山墻墻架，或采用門式剛架。
　　3.門式剛架的塑性設(shè)計(jì)與計(jì)算
　　3.1門式剛架荷載
　　門式剛架的荷載一般有三類：一是屋面結(jié)構(gòu)等的自重，即永久荷載；二是屋面活荷載和雪荷載中的較大者；三是風(fēng)荷載。在一般的彈性設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)各類荷載單獨(dú)計(jì)算剛架中的內(nèi)力，最后再有目的的對各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力組合，求出最不利的內(nèi)力設(shè)計(jì)值。而在塑性設(shè)計(jì)中，找到結(jié)構(gòu)中形成機(jī)構(gòu)的塑性鉸位置，進(jìn)而求得構(gòu)件截面的塑性彎矩M，是機(jī)構(gòu)分析的目的。當(dāng)然，在實(shí)際的計(jì)算中，避免對分析結(jié)果進(jìn)行疊加，而是要首先進(jìn)行荷載組合，然后才能進(jìn)一步對每種組合進(jìn)行內(nèi)力分析。
　　因?yàn)槲菝娌糠诛L(fēng)荷載的體型系數(shù)是負(fù)值，風(fēng)力為吸力，其方向是與屋面活荷載或雪荷載相反的，所以，在進(jìn)行無吊車荷載的門式剛架設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮的荷載基本組合為兩個(gè)：1）永久荷載+屋面活荷載（或雪荷載）；2）永久荷載+屋面活荷載（或雪荷載）+風(fēng)荷載。要特別強(qiáng)調(diào)的是，對于“永久荷載+風(fēng)荷載”，通常情況下不需要進(jìn)行控制組合，只有當(dāng)風(fēng)荷載特別大，而且可能產(chǎn)生內(nèi)力變號的情況下，才有必要進(jìn)行考慮。
　　3.2門式剛架的機(jī)構(gòu)分析
　　利用簡單塑性理論進(jìn)行剛架內(nèi)力分析的方法很多，本文只介紹較為常用的靜力法。所謂的靜力法，指的是通過求解靜力平衡方程，來確定塑性鉸位置和塑性彎矩的方法。具體的步驟是：1）為了形成靜定結(jié)構(gòu)，應(yīng)該去除構(gòu)件中的超靜定贅余反力，然后繪制荷載作用下此靜定結(jié)構(gòu)的彎矩圖。2）把贅余反力作用在靜定剛架上，然后在根據(jù)具體要求畫出由贅余反力產(chǎn)生的彎矩圖。3）把前面的兩彎矩圖疊加，求得成機(jī)構(gòu)的塑性鉸位置，求得截面的最大全塑性彎矩MP。按照唯一性原理，塑性分析的唯一結(jié)果，也就是在破壞情況下的彎矩分配必須要同時(shí)符合平衡、機(jī)構(gòu)、屈服這3個(gè)條件。
　　根據(jù)上述靜力法的分析，一定可以使得平衡條件和機(jī)構(gòu)條件得到滿足，當(dāng)然，如果找錯(cuò)了塑性鉸位置，那就很有可能在所確定的塑性鉸位置以外的其他截面上產(chǎn)生大于MP的彎矩，此時(shí)，也就完成背離了屈服條件。所以，求得MP后，還需要進(jìn)行檢查，確保構(gòu)件的任何一個(gè)截面的彎矩的絕對值不超過MP。
　　3.3門式剛架的截面設(shè)計(jì)
　　一般來說，在完成通過內(nèi)力分析確定截面的塑性彎矩MP后，就可以接著進(jìn)行截面的初選。盡管門式剛架的柱子和斜梁都是壓彎構(gòu)件，但是，根據(jù)相關(guān)的原理，我們在進(jìn)行截面的初選時(shí)，仍然可以將它們各看做受彎構(gòu)件，也就是要忽略軸力的影響。而對于純彎構(gòu)件，在荷載使梁處于全塑性工作階段的背景下，截面上的應(yīng)力圖形為兩塊矩形，形成塑性鉸，截面上的彎矩為全塑性彎矩，簡稱塑性彎矩，記為 （式中： 為塑性截面模量， 為截面形狀系數(shù)，Wｐ為彈性截面模量，對工字形截面 =1.10~1.17，隨截面尺寸不同而變化）。引入荷載分項(xiàng)系數(shù)和抗力分項(xiàng)系數(shù)后，得： 。由此可求得所需構(gòu)件截面的彈性截面模量： ，由 即可初選構(gòu)件的截面。
　　4.結(jié)語
　　總之，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)是一個(gè)較為復(fù)雜的體系，在設(shè)計(jì)中需要顧及很多方面的內(nèi)容，需要按照各種原理進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員只有對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、分類，以及使用范圍，才能更好的在設(shè)計(jì)中發(fā)揮出門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。
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　�。ㄗ髡邌挝唬簭V西華桂建筑安裝工程有限責(zé)任公司廣西百色531400）

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