門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

付敏

摘 要：經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、生活質(zhì)量的提升推動(dòng)了建筑行業(yè)的發(fā)展，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑行業(yè)的重要組成部分，發(fā)展空間逐漸廣闊，同時(shí)，發(fā)展也面臨挑戰(zhàn)，只有設(shè)計(jì)出更好地房屋結(jié)構(gòu)才能更大程度滿足人們對(duì)房屋建設(shè)的要求，房屋設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，門式剛架輕型結(jié)構(gòu)在房屋設(shè)計(jì)中的使用符合當(dāng)前建筑水平和房屋設(shè)計(jì)的需求，所以本文就門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化展開論述分析，以不斷優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：門式剛架;輕型房屋;鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

建筑水平的不斷提升，使輕型鋼結(jié)構(gòu)在房屋建設(shè)施工過程中被廣泛應(yīng)用，我國為了進(jìn)一步提升建筑建設(shè)水平，也對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提出了對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)技術(shù)流程，有利于推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和發(fā)展。通過設(shè)計(jì)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)，有利于提升房屋設(shè)計(jì)質(zhì)量，以更高的工業(yè)化程度、更效率的施工周期、更低的環(huán)境污染程度等優(yōu)化了體育場(chǎng)、倉庫及工業(yè)廠房的建筑質(zhì)量^[1]。為更好的優(yōu)化門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)其開展優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分必要的。

1 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)主要特征

自20世紀(jì)開始，建筑行業(yè)發(fā)展逐漸加快，門式剛架也在輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到順利應(yīng)用，其已經(jīng)成為房屋建設(shè)的最主要構(gòu)建方式，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)主要是采用H型鋼組成門式剛架，發(fā)揮承受重力的作用，以此構(gòu)成房屋骨架，剛架柱和剛架梁一般采用變截面的楔形梁，既能使構(gòu)件材料更好的發(fā)揮其強(qiáng)度，也可以降低造價(jià)，如圖1所示。針對(duì)有吊車的房屋來說，大都采用截面階形柱和截面柱進(jìn)行鋼架柱設(shè)計(jì)，采用應(yīng)力圖形接近的變截面楔形梁進(jìn)行鋼架梁的設(shè)計(jì)，如圖2所示：

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活性高，該結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)不會(huì)受到構(gòu)建實(shí)際情況影響，拆卸方法方便，有利于反復(fù)對(duì)鋼架進(jìn)行回收利用，實(shí)際施工過程中能夠減少材料消耗，達(dá)到綠色、節(jié)能、高效益的作用。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)自身的截面尺寸小，能夠?qū)ㄖ?nèi)部空間進(jìn)行充分利用，盡可能的縮小建筑面積，鋼架結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的高度，運(yùn)輸過程、制作過程及安裝過程均更加安全和方便。

1.2 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

首先，采用門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)能夠盡可能的縮短施工周期，由于門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的所有部件均事先進(jìn)行了制作，只需要在施工現(xiàn)場(chǎng)施工過程中進(jìn)行安裝和拼接即可直接應(yīng)用，該結(jié)構(gòu)自身重量小，有利于簡(jiǎn)化安裝步驟，縮短建筑建設(shè)的施工周期。

其次，該結(jié)構(gòu)具有較高的空間利用率，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屬于建設(shè)傳統(tǒng)房屋的措施，但是該建設(shè)方式所占截面積較大，由于鋼結(jié)構(gòu)自身的截面積較小，能夠最大程度提升建筑物內(nèi)部利用空間，符合建筑物自身大跨度的要求，有利于節(jié)約建筑物內(nèi)部裝修費(fèi)用，加之鋼材料的費(fèi)用較低，所以能夠節(jié)約建筑成本，發(fā)揮空間優(yōu)勢(shì)，具有極高的利用價(jià)值^[2]。

最后，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)便于拆卸，在對(duì)建筑物進(jìn)行拆遷時(shí)，通過門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)，有利于提升拆遷速度，由于該結(jié)構(gòu)施工過程中大都是采用螺栓進(jìn)行連接，而且采用鋼材本身，能夠反復(fù)進(jìn)行鋼材料的加工和利用，有利于節(jié)約材料，減少材料浪費(fèi)的情況發(fā)生，還不會(huì)發(fā)生鋼筋混凝土建設(shè)過程中水泥砂漿和混凝土污染空氣環(huán)境，產(chǎn)生較大噪音的情況出現(xiàn)，應(yīng)用理念綠色健康，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。

1.3 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展進(jìn)程

科技水平的增長為門式剛架的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，推動(dòng)了輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)步，我國對(duì)建筑質(zhì)量重視程度的提升，要求必須規(guī)范設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)，以提升輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平，結(jié)合以往建設(shè)施工經(jīng)驗(yàn)，該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果不斷優(yōu)化。但是相對(duì)于發(fā)達(dá)國家來說，我國經(jīng)濟(jì)水平依然較低，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)過程中依然存在一定的問題^[3]，與發(fā)達(dá)國家相比，鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)和應(yīng)用依然存在較大的發(fā)展空間。我國應(yīng)用門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的形式大都是采用兩鉸門式剛架和無鉸門式鋼架兩種，為提升該結(jié)構(gòu)應(yīng)用的穩(wěn)定性，主要采用H型焊接方式以提升鋼架結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)鋼架節(jié)點(diǎn)方式基本相同，主要依靠高強(qiáng)度的螺栓對(duì)摩擦面進(jìn)行連接處理。在對(duì)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，大都是應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)機(jī)制，雖然該結(jié)構(gòu)在我國應(yīng)用效果較好，但是不斷發(fā)展結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，才能夠更好的促進(jìn)我國房屋結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量的提升。

2 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中存在一定的缺陷，必須不斷完善相關(guān)設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮多種標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范內(nèi)容，且不同的規(guī)范內(nèi)容間存在一定的交叉性，我國及相關(guān)部門發(fā)布了較多結(jié)構(gòu)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)應(yīng)用文件，但是卻并未同意相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件內(nèi)容，在一定程度上限制了門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展^[4]。比如，在門規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)，需要采用鋼架形式的單屋脊，而在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，一旦房屋跨度較大，將不會(huì)應(yīng)用多屋脊結(jié)構(gòu)進(jìn)行干預(yù)，如果應(yīng)用規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，會(huì)發(fā)生鋼材料浪費(fèi)情況。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在較大優(yōu)化空間，由于該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在我國興起時(shí)間較短，在各個(gè)層面的應(yīng)用過程中均存在不足情況，進(jìn)行針對(duì)性的結(jié)構(gòu)措施設(shè)計(jì)時(shí)，必須不斷優(yōu)化相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，比如對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接部位及支撐布置層面進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，需要以扎實(shí)深刻的理論作為支撐，才能夠保證設(shè)計(jì)的合理性和應(yīng)用的安全性及時(shí)效性。此外，在鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算及應(yīng)用計(jì)算軟件方面，必須保證計(jì)算效率和計(jì)算的準(zhǔn)確性，這就亟待升級(jí)計(jì)算軟件性能。

3 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)注意關(guān)鍵點(diǎn)

設(shè)計(jì)門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)過程中，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行關(guān)注設(shè)計(jì)，首先，對(duì)該結(jié)構(gòu)自身的設(shè)計(jì)，必須要從連接要求出發(fā)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)柱腳設(shè)計(jì)，若是工廠廠房?jī)?nèi)存在較大的調(diào)查，必須采用同一種鋼架結(jié)構(gòu)對(duì)柱腳部位進(jìn)行連接，以盡可能的減少柱頂位移情況的發(fā)生，提升鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的穩(wěn)定性。其次，若是輕型結(jié)構(gòu)房屋的墻面設(shè)計(jì)，必須要從房屋拉條與風(fēng)吸力方面考慮，結(jié)合檁條下翼緣部位所受壓力進(jìn)行綜合分析，確保門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

3.2 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

面內(nèi)主鋼架受力屬于門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，面外鋼架能夠通過系桿及支撐方法，對(duì)外界的應(yīng)力進(jìn)行承載，主要通過縱向抗側(cè)體系進(jìn)行，所以在設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)時(shí)，大都忽視縱向計(jì)算，缺少對(duì)面外鋼架的重視程度，缺少縱向柱底鉸接部位的假定情況，且門架柱腳的設(shè)計(jì)也會(huì)受到拉力影響而影響整體結(jié)構(gòu)。由于縱向支撐會(huì)受到剎車力、地震及風(fēng)荷載等多種力的影響，產(chǎn)生軸向拉力較大，從而影響柱腳的設(shè)計(jì)，影響基礎(chǔ)設(shè)計(jì)質(zhì)量，可對(duì)房屋原有的承載力轉(zhuǎn)變?yōu)榱銘?yīng)力區(qū)控制^[5]。圓鋼是進(jìn)行圓鋼支撐及縱向支撐鉸接的主要材料，支撐屬于沒有交接點(diǎn)的支撐，所以必須正確對(duì)其長度進(jìn)行計(jì)算，去除交叉點(diǎn)，修改鉸接兩端點(diǎn)。在設(shè)計(jì)鋼架和剛性支撐架過程中，需要從建筑施工情況出發(fā)，合理進(jìn)行支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)，進(jìn)而采用另一根節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行支撐連接。

4 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.1 選型設(shè)計(jì)優(yōu)化

為確保門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的不斷提升，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要從房屋施工實(shí)際情況出發(fā)，提升對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的鋼架設(shè)計(jì)內(nèi)容改善。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重點(diǎn)選擇設(shè)計(jì)形式，要從結(jié)構(gòu)自身的安全性進(jìn)行考慮，采用并排平面設(shè)計(jì)方式以形成對(duì)應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)下進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，有利于提升平面框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升房屋整體的穩(wěn)定性。在選擇鋼結(jié)構(gòu)的主框架過程中，需要從設(shè)計(jì)要求出發(fā)，合理選擇鋼結(jié)構(gòu)框架，改變傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)框架，以三角形作為主要的房屋屋頂結(jié)構(gòu)，根據(jù)房屋形狀合理選擇設(shè)計(jì)形狀，以確定屋面的結(jié)構(gòu)框架^[6]。

4.2 構(gòu)件的設(shè)計(jì)優(yōu)化

結(jié)構(gòu)構(gòu)件屬于門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的重要組成部分，提升構(gòu)件設(shè)計(jì)重視度，優(yōu)化構(gòu)建材料及類型的選擇方法，合理構(gòu)件布局，優(yōu)化設(shè)計(jì)截面尺寸，完善截面設(shè)計(jì)理念，以確保各種設(shè)計(jì)能夠被優(yōu)化使用。在施工設(shè)計(jì)時(shí)，需要依照設(shè)計(jì)規(guī)定開展設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，以分析法進(jìn)行構(gòu)件計(jì)算，確保計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性。

4.3 空間的設(shè)計(jì)優(yōu)化

加強(qiáng)空間的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?yàn)榻ㄖ臻g的提升奠定基礎(chǔ)。所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，必須從房屋自身的性質(zhì)、功能及房屋施工工藝相結(jié)合后，使施工人員了解相關(guān)施工內(nèi)容，以減少建筑空間設(shè)計(jì)浪費(fèi)的情況發(fā)生，除此之外，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行分析，對(duì)房屋自身的投資情況及影響進(jìn)行綜合考慮后，合理進(jìn)行房屋空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4.4 支撐體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)

門式剛架結(jié)構(gòu)中的支撐體系會(huì)對(duì)鋼架整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，對(duì)建筑的安全性能發(fā)揮負(fù)面作用，支撐體系的主要作用就是對(duì)各種荷載力進(jìn)行承接，并將其上傳至主鋼架位置，分散至地基及基礎(chǔ)部分，與橫向框架連接夠，形成幾何不變體系，以確保鋼結(jié)構(gòu)能夠依靠地面承接荷載力。在第一或者第二開間設(shè)置屋蓋橫向支撐，以方便屋蓋能夠產(chǎn)生橫向支撐，強(qiáng)化對(duì)鋼架柱間支撐開間的設(shè)計(jì)，可在其上部設(shè)置剛性系桿。十字交叉圓鋼大都是進(jìn)行門式剛架設(shè)置的最主要方式，通過支撐物的裝置，能夠優(yōu)化支撐效果。若是起重量在5噸以下的橋式吊車進(jìn)行支撐體系設(shè)置時(shí)，可采用型鋼進(jìn)行支撐，以提升該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

綜上所述，建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，使門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)不斷在房屋設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，且該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)日益成熟，為更好的提升房屋建設(shè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和實(shí)用性，采用選型、構(gòu)件、空間及支撐體系的設(shè)計(jì)優(yōu)化是十分重要的。

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