浅谈门式刚架轻钢结构工业厂房的设计与施工

　　摘要：门式刚架为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架、斜梁、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。门式刚架轻型房屋钢结构起源于美国，经历了近百年的发展，目前已成为设计、制作与施工标准相对完善的一种结构体系。虽然轻钢结构工业厂房有很多优点,但作为一种材料,它也有很多缺点,例如防火性能差、易锈蚀等，在设计与施工的过程中一定要考虑到这些因素。

　　关键词：门式钢架;轻钢结构;工业厂房;设计;施工

　　1.门式刚架轻钢结构工业厂房图纸的设计

　　无论在什么样的工程中，图纸是工程施工的依据。在轻钢结构工业厂房的设计期间，要组织施工单位专业技术人员对图纸进行会审,检查施工图纸中的“错、漏、碰、缺”,力争把问题解决在施工之前,减少因图纸问题对工程质量、进度的影响。轻钢结构工程要针对制作阶段和安装阶段分别编制施工组织设计,其中制作工艺内容应包括制作阶段各工序、各分项的质量标准、技术要求,以及为保证产品质量而制订的各项具体措施。在设计初期，应该根据其厂区规划、厂房的用途来确定门式刚架轻型厂房的跨度、高度、檐口高度、是否有吊车;荷载是否符合规范要求。例如在2007年沈阳下了58年罕见的大雪，门式刚架轻钢结构工业厂房坍塌的很多，所以国家颁布了新的雪荷载，把0.5KN/m2改为0.55KN/m2。

　　门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离;门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度，有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求确定;柱的轴线可取通过柱下端(较小端)中心的竖向轴线，工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮，斜梁的轴线可取通过变截面梁断最小端中心与斜梁上表面平行的轴线;门式刚架轻型房屋的檐口高度，应取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度;门式刚架轻型房屋的最大高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度;门式刚架轻型房屋的宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离。门式刚架轻型房屋的长度，应取两端山墙墙梁外皮之间的距离。

　　2.对门式刚架轻钢结构工业厂房支撑和刚性系杆系统的设计原则

　　2.1在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。

　　2.2在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。

　　2.3屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系

　　2.4柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30~45m;当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m。

　　2.5当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑。

　　2.6当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。

　　2.7在刚架转折处(单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊)应沿房屋全长设置刚性系杆。

　　2.8由支撑斜杆等组成的的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。

　　2.9门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢于构件的夹角应在30°~60°范围内，宜接近45°。

　　2.10当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。

　　3.对门式刚架轻钢结构工业厂房抗震性设计的重点

　　在对轻钢结构工业厂房做抗震设计时应注意:首先，在总体布置方面要求厂房结构的质量和刚度均匀分布,使厂房受力均匀,变形协调,尽量避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响，厂房横向结构宜采用刚架或者使屋架与柱有一定固结的框架,以便充分利用钢结构的受力性能并减少横向结构变形;其次，轻钢结构厂房的破坏一般情况不是由于杆件强度不足而常常因为杆件失稳而造成,所以合理布置支撑系统,保证厂房结构整体稳定性,对轻钢结构厂房尤为重要;最后，在地震作用下,存在着低周疲劳作用,设计时应注意其对厂房的影响。对结构连接点的设计,应保证节点的破坏不先于结构构件的全截面屈服,应使结构构件能进入塑性工作,充分吸收地震能量发挥其抗震能力。[

　　4.门式刚架轻钢结构工业厂房耐热能力设计的重要性

　　轻钢结构工业厂房防火能力很差，当钢材受热在100℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度降低，塑性增大;温度在250℃左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低,出现蓝脆现象;当温度超过250℃时钢材出现徐变现象;当温度达500℃时，钢材强度降至很低,以致钢结构塌落。因此,当钢结构表面温度处于150℃以上时，必须做隔热及防火设计(通常是涂耐热涂料来解决)。

　　5.关于施工过程中地脚螺栓的埋设问题分析

　　可以说地脚螺栓的坚固与否是钢结构工业厂房建筑稳定性的根本所在，地脚螺栓的精度关系到钢结构定位，地脚螺栓的埋设须严格保证其精度，地脚螺栓的埋设精度:轴线位移:±2.0 mm,标高:±5.0 mm。在柱地脚螺栓安装前，将平面控制网的每一条轴线投测到柱基础面上，全部闭合，以保证螺栓的安装精度，然后根据轴线放出柱子外边线，待安装钢柱地脚螺栓的承台架子搭设好以后，将所需标高抄测到钢管架子上。

　　6.门式刚架的安装顺序

　　6.1原则上、安装程序必须保证结构形式稳定的空间体系，并不导致结构永远变形。

　　6.2安装单根钢柱、标高调整、纵横十字轴线位移、垂直度校正、初校(初拧螺栓螺母，调整螺母)、固定、超差调整、就为固定。

　　6.3斜梁在地面折平的垫木上拼接，用高强螺栓连接好并组装。

　　6.4安装顺序 先从靠近山墙有柱间支撑的两榀刚架开始、安装此间檩条、支撑、隅撑等全部安装好，达到要求后，成为标准样板间。以此为基点，向房屋另一端顺序安装。

　　注意：检查刚架的垂直偏差，复测钢柱标高和斜梁跨度。合格后，用电动扳手初拧和终拧高强度螺栓。

　　6.5除最初安装的两榀刚架外，其余刚架间的檩条和墙梁螺栓均应在校准后再拧紧。

　　6.6构件吊点要经计算确定，绑扎点要采取加强措施。

　　6.7当山墙的墙架宽度较小时，可现在地面拼装好，整体起吊安装。

　　6.8各种支撑的拧紧程度以构件不拉弯为原则。

　　6.9不得利用已安装就位的构件起吊其他重物，不得在主要受力部位焊接其他物件。

　　6.10檩条和墙梁安装时，应设置拉条并拉紧，但不应将檩条和墙梁拉弯。

　　6.11如果胯间较长，可从中间的两榀刚架开始，按柱、柱连梁和柱间支撑、屋面梁、支撑、檩条顺序安装，是两榀刚架练成一体，形成稳定的空间体系，然后，向两端延伸。

　　6.12不要时，使用缆风绳临时固定刚架，防止结构在安装过程中出现倾覆。

　　7.吊车梁系统的安装难点解析

　　在门式刚架轻钢结构工业厂房的施工过程中，吊车梁的安装必须严格按规范从柱间支撑跨进行,柱间支撑安装连接后已形成一个比较稳定的空间刚度单元,从此处安装一是保证安全,二是能保证吊车梁安装不会影响柱子的垂直度。同时在安装过程中对端部截面误差较大的吊车梁底部应配调整垫板,该垫板在吊车梁系统调整完后应焊接固定。制动系统的连接应在吊车梁调整固定后正式连接。当制动板与吊车梁高强螺栓连接,和辅桁架焊接连接时,为防止连续施焊对高强螺栓的影响应先将制动板和吊车梁的高强螺栓连接,并进行初拧,然后调整辅桁架,并于制动板点焊固定后终拧高强螺栓,最后进行制动板和辅桁架的焊接。高强螺栓的紧固和制动板的焊接,均要遵循由每块板的中间往两边进行,以减小板内应力。

　　8.总结

　　多年来，中国经济保持着高速增长，国内钢结构市场的增长势头持续强劲。国产钢材性能与产量为钢结构产业化提供了基本条件。轻钢结构在建筑行业中的应用势必越来越广泛，新的机遇和挑战已经来临，我们应该做好充分的准备。

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