摘    要：步入新世纪后，经济条件的提升促使我国建筑行业不断进步，且发展速度日益加快，在基建事业中，门式刚架逐渐普及与推广，并起到了重要作用，成为常用的构件。提高门式刚架的稳定性与质量，能够充分延长其使用寿命，促进基建事业的发展。影响和决定门式刚架最终质量的主要因素是设计与施工过程，其中设计是施工的指导，本文联系实际，对其轻钢结构设计中的相关问题进行阐述，提出了保障产品质量的有效措施，希望能够提供参考。

关键词：门式刚架;轻钢结构设计;相关问题

1  引言

门式刚架是我国目前使用最广泛的一种轻钢结构，随着建筑行业的迅猛发展，各种类型的建筑工程纷纷动工，它凭借着造价低廉、用料较省、性能较好、施工流程简洁等优势吸引了广大建筑行业从业人员，在市场中占据一席之地，尤其是在厂房、仓库、车间等房屋中，已经成为主要结构形式，具有重要作用。虽然门式刚架结构简单，但在实际生产中，其结构设计包含多方面因素，都会对最终产品的质量结构造成影响，需要格外重视。

2  施工材料选择

材料的选取对于门式刚架整体结构强度和稳定性具有重要影响，材料本身的防腐、防潮、防氧化等性能也会决定产品的使用寿命和耐久度，唯有选择最为适宜的钢材，才能够保障门式刚架成品的各项性能，满足设计要求。我国建筑工程中所用钢材种类繁多，在选择时，应考虑以下因素：

2.1  设计结构与方案

门式刚架的结构体系十分传统且灵活，上部的主要构架包括了山墙骨架、钢架斜梁等，可以在不影響最终质量的前提下对其它次要构件进行增减，以适应实际施工需求，整个结构受力简单，传力路径明确，但在大型门式刚架结构中，各个节点所承受的应力较大，因此对材料强度性能要求较高。我国Q235A和Q345A钢材含碳量较高，分别是0.14%-0.22%和0.20%，不能保证产品完全符合焊接要求，因此根据国家相关规定，此二种钢材不能用于门式刚架的构建。而含碳量较低的Q235B、Q345B等钢材，都能够充分满足焊接要求，应根据供货的季节特点、材料市场价格波动、结构用钢量等多种因素进行考虑，对于配备了吊车的大型工程，可使用Q345B钢材，若无吊车，使用Q345钢材时不能充分发挥其较高的强度性能，则可使用Q235B作为替代。

2.2  气候与温度

门式刚架所处地域的气候特征与温度因素对于结构的耐久度会产生较大应吸纳过，当处于低温环境中时，钢材会发生冷脆，因此在低温环境中需要使用焊接的门式刚架结构应采用抗低温的镇定钢;在高温环境下，钢材则容易发生氧化，应对其进行防氧化处理;潮湿环境中则要增加防锈涂层。

2.3  布置柱间支撑

为确保整体结构的稳定性，需布置柱间支撑，首先，在设计圆钢支撑体系的过程中，应充分考虑到圆钢侧向支撑结构缺乏较大的强度、容易发生连接松弛现象的特性，增设支撑结构，并使用加紧装置，如花篮螺栓，从而保障结构始终处于紧张状态;在重量较大的桥式吊车结构中，则应当通过参数计算设计合理的制动结构，例如制动板，确保结构的稳定性;在山墙面，应当根据实际结构的需求设置摇摆柱，以有效减小钢架梁跨度与截面，保证结构的稳定性。但需要注意，摇摆柱在减小截面的同时会增加钢架柱边柱的计算长度，因此，应综合考虑结构稳定性与建设的成本，控制摇摆柱数量，并对改变后的截面和计算长度等进行修正，注重摇摆柱与所需钢架边柱长度的关系。

2.4  柱脚抗风问题

抗风柱是门式结构中山墙处常用的构件，可对山墙处承受的风荷载进行传递，通过钢梁、铰接点等将其均匀传递给整个承重结构和基础，从而避免山墙风荷载过大、引发安全事故。抗风柱主要原材料为钢筋混凝土，在门式刚架轻钢结构中，其布置方式与传统方式略有差异，需要将抗风柱的柱脚使用基础铰接或者刚接的方式与下方基础构建紧密连接，并将柱顶与屋架相接，将屋面的荷载均匀分摊给钢架和抗风柱，且抗风柱同时承担纵向荷载与水平风荷载，从而提高整体结构的稳定性。由于在该结果中，抗风柱承受荷载较大，应力方向较多，因此需按照双向受压的压弯构件来进行设计，并注重柱脚部分的抗风问题，刚接方式会致使抗风柱传递给基础的弯矩与轴力大幅增加，增大偏心距，对基础的构建造成一定影响，但若是抗风柱较高，为提高柱脚的抗风性能，可采用刚接的方法。

3  维护系统设计

为抵御风雨，应在门式刚架中设计完善的维护系统结构，其需要具备防水、防潮湿、保温隔热与采光等多项功能，并且需要充分考虑到美观性。围护结构包括檩条、拉条、保温棉、内外层板、收边等多个结构，在设计时，应根据实际需求选择各部分材料与构件、设计结构，例如可采用通长式气楼立面结构来增加室内通风，并辅以通长式换气装置。在设计时，需要注意完整地体现设计意图，明确各个节点的逻辑关系，为实际施工提供清晰的依据，还需明确其与主体结构的适应性，增设配套件，对于不同规格、型号的彩板、收边等，应当在设计图纸中进行清晰的标注。

4  整体变形问题

整体变形与坍塌的主要来源是屋面荷载过大，因此应注重对屋面荷载的计算与确定，在门式刚架结构中，屋面活荷载需要在活荷载和积雪荷载中取最大值，做好防范，还应当综合考虑屋面高差、女儿墙处积雪荷载等，当积雪不能均匀分布时，应当按照不均匀分布系数来合理取值，完成计算。另外，由于构件截面较小，门式刚架结构对于积雪十分敏感，当其所使用的环境中温度普遍较低、降雪量较大时，应当对有积雪的部位进行特殊处理，如增大屋面檩条的横截面积或者缩短间距，提高结构的稳定性与安全性，还要充分考虑积雪不均匀分布问题，避免由于屋面檩条稳定性丧失导致主钢架梁平面外失稳、影响门式刚架结构整体稳定性，造成整体变形和坍塌的问题。

5  钢梁分段问题

对于变截面的分段，由于其为整体加工，可着重考虑弯矩，不考虑其他因素;对于螺栓连接的分段，应尽量避免在屋脊处分段，而是尽量实施整体加工，方便受力，并且能够为屋脊檩条和屋面板的安装提供便利;在分段时，需要充分考虑弯矩最小处，并尽量与抗风柱位置错开，还要考虑到运输和施工现场的设备条件，考虑最大长度是否满足现场条件。

6  刚架计算模型

门式刚架的计算模型可采用三维或者二维模型计算法，在二维模型中，需要对门式刚架、屋面支撑、柱间支撑、檩条墙梁等进行分别计算，需要对不同设计图纸进行整合;而采用BIM技术生成3D可视化图纸，则能够完整地将所有因素整合到一张图纸中，建立整体的结构模型，并使用信息技术自动生成吊车的荷载，还可自动对门式刚架、屋面支撑、柱间支撑等进行计算，并通过设计图中的数据对整个结构所需材料的量进行计算，给出报价预算，最后，还可生成渲染效果图，用于宣传或者对设计结果的审核等。

7  结束语

门式刚架在如今的工商业、文娱等多种建筑工程中得到了广泛应用，其结构简单，用材较少，造价较低，但整体结构强度高，在未来具有广阔发展空间。为确保结构的稳定性与合理性，提升门式刚架结构的耐久度，应注重设计过程中的各项细节，进行合理安排。

参考文献：

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[2] 刘磊，刘伟伟，梁宗敏.变截面门式刚架轻钢结构优化设计[A].北京力学会第26届学术年会论文集[C]，2020.

[3] 韩晓宇.刍议门式刚架轻钢结构设计与施工[J].建材与装饰，2019（33）：123～124.

作者简介：

粟宇佥（1984—）男，汉，湖南长沙人，本科，工程师，研究方向：房建设计。