王雷

（南京工大膜工程设计研究院有限公司 江苏南京 210009）

0 引言

门式刚架结构具有自重轻、结构简单、受力明确、施工周期短等优点，常见的门式刚架结构在横向是一榀刚架，纵向则是由刚性系杆及支撑系统形成的稳定体系。门式刚架设计看似简单，但小知识点较多，且结构体系需要配合很多构造措施来，需要设计师具备扎实的专业基础，故笔者结合自己的工程经验对一些常见问题进行阐述。

1 门式刚架规范的适用范围

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015），以下简称《门刚规范》的适用范围是一个在实际设计过程中容易被忽视的问题，一些设计人员常常看到大跨度轻型屋面的钢结构，就默认为是采用门式刚架结构，这是很不严谨的。《门刚规范》第1.0.2条中对规范适用范围做了明确规定，就笔者个人的经验，房屋高宽比及吊车起重量超出适用范围的情况时有出现，应结合《钢结构设计标准》及其他相关规范进行设计，支撑布置等一些构造要求可参照《门刚规范》。

2 门式刚架钢梁的平面外计算长度

门式刚架钢梁的平面外计算长度直接关系到钢梁构件截面的选取，若计算长度取值大，构件截面选取较大，造成浪费，若平面外计算长度取值小，构件截面选取较小，安全储备不够，有安全隐患，所以准确把握钢梁平面外的计算长度显得尤为重要。

根据《门刚规范》第7.1.6.2条，“实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，应取侧向支承点的间距；当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点的距离。”其中“侧向支承点间距”很多设计人员都默认取为2倍的檩条间距，这是不严谨的。首先，檩条铰接于钢梁的上翼缘，并不能直接作为钢梁平面外的侧向支承点，钢梁的平面外计算长度与檩条间距并没有直接的倍数关系；其次，当檩条与钢梁之间设置了隅撑，且隅撑的设置满足了《门刚规范》第7.1.6.4条之要求时，“下翼缘受压的屋面斜梁的平面外计算长度可考虑隅撑作用”，此时仅是可以考虑隅撑的作用，规范并未说此时可按隅撑间距定义钢梁平面外计算长度，且只是“下翼缘受压”的钢梁区段。对于如何考虑隅撑的作用，《门刚规范》第7.1.6.7条有相关计算公式，另外，最新的PKPM-STS计算软件中，在刚架二维计算定义钢梁平面外计算长度时，也有考虑隅撑作用的选项。

《门刚规范》第7.1.6条的条文说明中也做了补充说明，“屋面斜梁的平面外计算长度取两倍檩距，似乎已成了一个默认的选项，有设计人员因此而认为隅撑可以间隔布置，这是不对的。本条特别强调隅撑不能作为梁的固定侧向支撑，不能充分地给梁提供侧向支撑，而仅仅是弹性支座。根据理论分析，隅撑支撑的梁的计算长度不小于2倍隅撑间距，梁下翼缘面积越大，则隅撑的支撑作用相对越弱，计算长度就越大。”由此看出，规范希望设计人员对屋面钢梁的平面外长度的计算持谨慎态度，不可盲目减小，一定要有依据。综上所述，笔者认为以刚性系杆及远端的水平支撑形成的体系做为定义屋面钢梁的平面外计算长度的依据是较为合适的。

3 门式刚架屋面雪荷载的确定

根据《门刚规范》4.3.1条，门式刚架轻型房屋钢结构屋面水平投影面上的雪荷载标准值Sk=μrS0，其中μr为屋面积雪分布系数，可按《门刚规范》表4.3.2采用；S0为基本雪压，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009）（以下简称《荷载规范》）规定的100年重现期的雪压采用。此公式与《荷载规范》7.1.1条中一致，对于门式刚架屋面基本雪压按100年重现期采用也与《荷载规范》7.1.2中“对雪荷载敏感的结构，应采用100年重现期的雪压”所对应。

《门刚规范》4.5.1条中规定，“屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑”，实际设计中有设计人员仅简单对比屋面活荷载与雪荷载的数值大小，取两者之间较大数值作为活荷载的取值来进行设计，这是不对的。《门刚规范》中“应取两者中的较大值”实际应该理解为取活荷载和雪荷载两种荷载组合效应中最不利的一种情况。因为首先，雪荷载还要考虑不利布置、漂移及堆积荷载等情况，可能会出现虽然雪荷载数值上小于活荷载，但实际产生的效应比活荷载更不利的情况。其次，活荷载会和恒载、风载组合，其最终产生的效应也不一定是最不利的。所以实际设计中应该把相关互斥工况都考虑进去，取最不利的效应。

近几年雪灾调查表明，雪荷载的堆积是造成门式刚架屋面破坏的主要原因，故《门刚规范》相较上一版《门刚规程》，在雪荷载的计算部分增加了门式刚架屋面应考虑雪堆积和漂移的情况，具体在《门刚规范》4.3.3条有相关要求。对于屋面雪荷载的堆积和漂移，在实际设计过程中有两种情况容易忽视或算错：①门式刚架在纵向端部有更高的贴建建筑，例如是两种结构形式需要设置抗震缝等，此时应考虑纵向方向的漂移和堆积雪荷载；②门式刚架有突出屋面的天窗架，此时天窗架的四周都可能会产生漂移、堆积雪荷载。

4 檩条设计

檩条的设计常常容易造成轻视，一些设计人员在实际设计过程中仅是简单用小软件计算一下，甚至没有仔细核对计算书。檩条设计中涉及的知识点较多，一些参数、荷载及构造的错取，都会使得构件截面选取的结果相差很大，且檩条为屋面板的直接承重构件，故应引起重视。

檩条宜采用实腹式构件，也可采用桁架式构件；跨度大于9m的简支檩条宜采用桁架式构件。实腹式檩条宜采用直卷边槽形和斜卷边Z形冷弯薄壁型钢，斜卷边角度宜为60°，也可采用直卷边Z形冷弯薄壁型钢或高频焊接H型钢。实腹式檩条可设计成单跨简支构件也可设计成连续构件，连续构件可采用嵌套搭接方式组成，连续檩条的搭接长度2a不宜小于10%的檩条跨度。H型檩条承载能力相对较高，但C型与Z型檩条在加工、安装及运输便携性上更具优势。当屋面有吊挂荷载时，吊挂在屋面上的普通集中荷载宜通过螺栓或自攻钉直接作用在檩条的腹板上，也可在檩条之间加设冷弯薄壁型钢作为扁担支承吊挂荷载，冷弯薄壁型钢扁担与檩条间的连接宜采用螺栓或自攻钉连接。对于屋面板是否能阻止檩条上翼缘侧向失稳，对檩条截面选取有一定影响，故在结构设计中一定要与建筑图中的板材形式核实无误，避免造成设计安全隐患。根据《门刚规范》第11.1.6条，当采用直立缝锁边连接或扣合式连接时，屋面板不应作为檩条的侧向支撑；当屋面板采用螺钉连接时，屋面板可作为檩条的侧向支撑。檩条计算雪荷载时，应考虑积雪不均匀分布的最不利情况。檩条计算风荷载时，屋面坡度形式、建筑形式、檩条所处的分区（中间区、边区、角部）等都应准确考虑。

5 结语

门式刚架结构设计看似简单，实则其涉及的知识面较多，往往这种轻视造成设计中埋下或大或小的安全隐患。笔者在审核图中的过程中甚至发现一些设计人员对结构体系的理解都不是很清晰，比如不理解到底什么是“刚架”；“横向”、“纵向”的概念；门式刚架的横向或纵向甚至有多余自由度等等，这些都需要设计人员有扎实的基础知识。

实际工程设计中，由于甲方的要求或者是工艺、建筑等专业的要求，门式刚架结构会出现有毗邻刚架、有夹层、有天窗屋架、屋面有较大吊挂荷载、纵向抽住等等情况，需要设计人员对规范有全面的理解，方能设计出安全、经济的结构图纸。