門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題

摘? ? 要：步入新世紀(jì)后，經(jīng)濟(jì)條件的提升促使我國(guó)建筑行業(yè)不斷進(jìn)步，且發(fā)展速度日益加快，在基建事業(yè)中，門式剛架逐漸普及與推廣，并起到了重要作用，成為常用的構(gòu)件。提高門式剛架的穩(wěn)定性與質(zhì)量，能夠充分延長(zhǎng)其使用壽命，促進(jìn)基建事業(yè)的發(fā)展。影響和決定門式剛架最終質(zhì)量的主要因素是設(shè)計(jì)與施工過(guò)程，其中設(shè)計(jì)是施工的指導(dǎo)，本文聯(lián)系實(shí)際，對(duì)其輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行闡述，提出了保障產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施，希望能夠提供參考。

關(guān)鍵詞：門式剛架;輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);相關(guān)問(wèn)題

1? 引言

門式剛架是我國(guó)目前使用最廣泛的一種輕鋼結(jié)構(gòu)，隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，各種類型的建筑工程紛紛動(dòng)工，它憑借著造價(jià)低廉、用料較省、性能較好、施工流程簡(jiǎn)潔等優(yōu)勢(shì)吸引了廣大建筑行業(yè)從業(yè)人員，在市場(chǎng)中占據(jù)一席之地，尤其是在廠房、倉(cāng)庫(kù)、車間等房屋中，已經(jīng)成為主要結(jié)構(gòu)形式，具有重要作用。雖然門式剛架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在實(shí)際生產(chǎn)中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含多方面因素，都會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量結(jié)構(gòu)造成影響，需要格外重視。

2? 施工材料選擇

材料的選取對(duì)于門式剛架整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性具有重要影響，材料本身的防腐、防潮、防氧化等性能也會(huì)決定產(chǎn)品的使用壽命和耐久度，唯有選擇最為適宜的鋼材，才能夠保障門式剛架成品的各項(xiàng)性能，滿足設(shè)計(jì)要求。我國(guó)建筑工程中所用鋼材種類繁多，在選擇時(shí)，應(yīng)考慮以下因素：

2.1? 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與方案

門式剛架的結(jié)構(gòu)體系十分傳統(tǒng)且靈活，上部的主要構(gòu)架包括了山墻骨架、鋼架斜梁等，可以在不影響最終質(zhì)量的前提下對(duì)其它次要構(gòu)件進(jìn)行增減，以適應(yīng)實(shí)際施工需求，整個(gè)結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單，傳力路徑明確，但在大型門式剛架結(jié)構(gòu)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)所承受的應(yīng)力較大，因此對(duì)材料強(qiáng)度性能要求較高。我國(guó)Q235A和Q345A鋼材含碳量較高，分別是0.14%-0.22%和0.20%，不能保證產(chǎn)品完全符合焊接要求，因此根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，此二種鋼材不能用于門式剛架的構(gòu)建。而含碳量較低的Q235B、Q345B等鋼材，都能夠充分滿足焊接要求，應(yīng)根據(jù)供貨的季節(jié)特點(diǎn)、材料市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)、結(jié)構(gòu)用鋼量等多種因素進(jìn)行考慮，對(duì)于配備了吊車的大型工程，可使用Q345B鋼材，若無(wú)吊車，使用Q345鋼材時(shí)不能充分發(fā)揮其較高的強(qiáng)度性能，則可使用Q235B作為替代。

2.2? 氣候與溫度

門式剛架所處地域的氣候特征與溫度因素對(duì)于結(jié)構(gòu)的耐久度會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)吸納過(guò)，當(dāng)處于低溫環(huán)境中時(shí)，鋼材會(huì)發(fā)生冷脆，因此在低溫環(huán)境中需要使用焊接的門式剛架結(jié)構(gòu)應(yīng)采用抗低溫的鎮(zhèn)定鋼;在高溫環(huán)境下，鋼材則容易發(fā)生氧化，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行防氧化處理;潮濕環(huán)境中則要增加防銹涂層。

2.3? 布置柱間支撐

為確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需布置柱間支撐，首先，在設(shè)計(jì)圓鋼支撐體系的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到圓鋼側(cè)向支撐結(jié)構(gòu)缺乏較大的強(qiáng)度、容易發(fā)生連接松弛現(xiàn)象的特性，增設(shè)支撐結(jié)構(gòu)，并使用加緊裝置，如花籃螺栓，從而保障結(jié)構(gòu)始終處于緊張狀態(tài);在重量較大的橋式吊車結(jié)構(gòu)中，則應(yīng)當(dāng)通過(guò)參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)合理的制動(dòng)結(jié)構(gòu)，例如制動(dòng)板，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;在山墻面，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的需求設(shè)置搖擺柱，以有效減小鋼架梁跨度與截面，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但需要注意，搖擺柱在減小截面的同時(shí)會(huì)增加鋼架柱邊柱的計(jì)算長(zhǎng)度，因此，應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與建設(shè)的成本，控制搖擺柱數(shù)量，并對(duì)改變后的截面和計(jì)算長(zhǎng)度等進(jìn)行修正，注重?fù)u擺柱與所需鋼架邊柱長(zhǎng)度的關(guān)系。

2.4? 柱腳抗風(fēng)問(wèn)題

抗風(fēng)柱是門式結(jié)構(gòu)中山墻處常用的構(gòu)件，可對(duì)山墻處承受的風(fēng)荷載進(jìn)行傳遞，通過(guò)鋼梁、鉸接點(diǎn)等將其均勻傳遞給整個(gè)承重結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)，從而避免山墻風(fēng)荷載過(guò)大、引發(fā)安全事故?？癸L(fēng)柱主要原材料為鋼筋混凝土，在門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)中，其布置方式與傳統(tǒng)方式略有差異，需要將抗風(fēng)柱的柱腳使用基礎(chǔ)鉸接或者剛接的方式與下方基礎(chǔ)構(gòu)建緊密連接，并將柱頂與屋架相接，將屋面的荷載均勻分?jǐn)偨o鋼架和抗風(fēng)柱，且抗風(fēng)柱同時(shí)承擔(dān)縱向荷載與水平風(fēng)荷載，從而提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于在該結(jié)果中，抗風(fēng)柱承受荷載較大，應(yīng)力方向較多，因此需按照雙向受壓的壓彎構(gòu)件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并注重柱腳部分的抗風(fēng)問(wèn)題，剛接方式會(huì)致使抗風(fēng)柱傳遞給基礎(chǔ)的彎矩與軸力大幅增加，增大偏心距，對(duì)基礎(chǔ)的構(gòu)建造成一定影響，但若是抗風(fēng)柱較高，為提高柱腳的抗風(fēng)性能，可采用剛接的方法。

3? 維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為抵御風(fēng)雨，應(yīng)在門式剛架中設(shè)計(jì)完善的維護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其需要具備防水、防潮濕、保溫隔熱與采光等多項(xiàng)功能，并且需要充分考慮到美觀性。圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括檁條、拉條、保溫棉、內(nèi)外層板、收邊等多個(gè)結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇各部分材料與構(gòu)件、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，例如可采用通長(zhǎng)式氣樓立面結(jié)構(gòu)來(lái)增加室內(nèi)通風(fēng)，并輔以通長(zhǎng)式換氣裝置。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意完整地體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，明確各個(gè)節(jié)點(diǎn)的邏輯關(guān)系，為實(shí)際施工提供清晰的依據(jù)，還需明確其與主體結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性，增設(shè)配套件，對(duì)于不同規(guī)格、型號(hào)的彩板、收邊等，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)圖紙中進(jìn)行清晰的標(biāo)注。

4? 整體變形問(wèn)題

整體變形與坍塌的主要來(lái)源是屋面荷載過(guò)大，因此應(yīng)注重對(duì)屋面荷載的計(jì)算與確定，在門式剛架結(jié)構(gòu)中，屋面活荷載需要在活荷載和積雪荷載中取最大值，做好防范，還應(yīng)當(dāng)綜合考慮屋面高差、女兒墻處積雪荷載等，當(dāng)積雪不能均勻分布時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照不均勻分布系數(shù)來(lái)合理取值，完成計(jì)算。另外，由于構(gòu)件截面較小，門式剛架結(jié)構(gòu)對(duì)于積雪十分敏感，當(dāng)其所使用的環(huán)境中溫度普遍較低、降雪量較大時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)有積雪的部位進(jìn)行特殊處理，如增大屋面檁條的橫截面積或者縮短間距，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，還要充分考慮積雪不均勻分布問(wèn)題，避免由于屋面檁條穩(wěn)定性喪失導(dǎo)致主鋼架梁平面外失穩(wěn)、影響門式剛架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，造成整體變形和坍塌的問(wèn)題。

5? 鋼梁分段問(wèn)題

對(duì)于變截面的分段，由于其為整體加工，可著重考慮彎矩，不考慮其他因素;對(duì)于螺栓連接的分段，應(yīng)盡量避免在屋脊處分段，而是盡量實(shí)施整體加工，方便受力，并且能夠?yàn)槲菁箼_條和屋面板的安裝提供便利;在分段時(shí)，需要充分考慮彎矩最小處，并盡量與抗風(fēng)柱位置錯(cuò)開，還要考慮到運(yùn)輸和施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備條件，考慮最大長(zhǎng)度是否滿足現(xiàn)場(chǎng)條件。

6? 剛架計(jì)算模型

門式剛架的計(jì)算模型可采用三維或者二維模型計(jì)算法，在二維模型中，需要對(duì)門式剛架、屋面支撐、柱間支撐、檁條墻梁等進(jìn)行分別計(jì)算，需要對(duì)不同設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行整合;而采用BIM技術(shù)生成3D可視化圖紙，則能夠完整地將所有因素整合到一張圖紙中，建立整體的結(jié)構(gòu)模型，并使用信息技術(shù)自動(dòng)生成吊車的荷載，還可自動(dòng)對(duì)門式剛架、屋面支撐、柱間支撐等進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)設(shè)計(jì)圖中的數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)所需材料的量進(jìn)行計(jì)算，給出報(bào)價(jià)預(yù)算，最后，還可生成渲染效果圖，用于宣傳或者對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的審核等。

7? 結(jié)束語(yǔ)

門式剛架在如今的工商業(yè)、文娛等多種建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用材較少，造價(jià)較低，但整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，在未來(lái)具有廣闊發(fā)展空間。為確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與合理性，提升門式剛架結(jié)構(gòu)的耐久度，應(yīng)注重設(shè)計(jì)過(guò)程中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)，進(jìn)行合理安排。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張凱靜，周建文.某門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)廠房施工階段倒塌事故分析[J].山西建筑，2020（7）：8+10.

[2] 劉磊，劉偉偉，梁宗敏.變截面門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[A].北京力學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]，2020.

[3] 韓曉宇.芻議門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[J].建材與裝飾，2019（33）：123～124.

作者簡(jiǎn)介：

粟宇僉（1984—）男，漢，湖南長(zhǎng)沙人，本科，工程師，研究方向：房建設(shè)計(jì)。