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摘要：门式刚架轻型房屋钢结构是近年来在钢结构建筑中应用相当广泛的一种结构形式。针对门式刚架轻型房屋钢结构设计中遇到的关于选材、檩条设计、主钢架设计、经济性比较等若干方面的问题进行了论述，并给出了一些建议。采用大柱距托架门架钢结构方案，在一定跨度范围的实际工程中可节约钢材，是一种值得推广的经济合理的结构型式。
关键词：门式刚架轻型房屋设计分析；厂房经济性比较
引言
这种结构型式的主要特点是：体现轻钢结构轻型、快速、高效的特点，应用节能环保型新型建材，实现工厂化加工制作、现场施工组装、方便快捷、施工周期短、造价低等优点；柱网尺寸布置自由灵活、柱网跨度大等优势被广泛的应用于工业厂房建筑中。本文就设计低成本的门式刚架轻型钢结构房屋进行探讨。
1、工程概况
门式刚架轻型钢结构房屋以其节能环保、造价低、自重轻、工厂化制作、施工周期短、柱网跨度大、柱网尺寸布置自由灵活等优势被广泛的应用于单层工业厂房建筑中，其优越性和经济效益是不言而喻的。近年来其发展的一个显著特点是厂房跨数增多、跨度增大、柱距增大。业主对厂房的使用空间提出了更高的要求，厂房的柱距也日趋增大，多跨厂房中的中小柱距日显不足。
下面以6m柱距、12m柱距，22m～36m多跨（通长2跨～5跨）门式刚架轻型钢结构厂房为例进行经济性分析。这种厂房结构一般可采用大跨度实腹檩条方案（方案A）和柱间（纵向）设12m托架梁支撐次框架方案（方案B）。
2、两种结构方案的比较
轻型门式刚架钢结构厂房造价主要由用钢量指标为主要组成部分，用钢量由主结构和次结构两部分组成。笔者采用由PKPM软件对两种结构方案进行结构分析计算，并仅以在厂房中间截取一个结构计算单元进行用钢量经济指标的分析对比。
2.1设计参数
该结构形式以中柱为12m柱距、边柱为6m柱距的无吊车大空间厂房，沿口标高8m。本工程建筑层数：一层；建筑类别：三类；火灾危险性：戊类；耐火等级：二级；设计使用年限：50年；单层彩钢板外墙；双层彩钢夹心板屋面。荷载选择为：恒载0.25kN/m2；活载0.50kN/m2；基本雪压0.45kN/m2；基本风压0.45kN/m2；吊挂荷载0.10 kN/m2；抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组属第一组，建筑场地为 Ⅱ 类场地土，地面粗糙度为B类。本工程安全等级为二级，基础设计等级为丙级。
2.2结构方案
因此对于上述两类方案，采用以下两种结构方案进行计算分析。
2.2.1方案A：大跨度实腹檩条方案
本方案采用框架柱为12m柱距，在二分之一边框架柱间设一墙架柱，为了将墙架柱顶的反力传至两侧的主框架上，在横向框架端侧间利用檩条设置抗风桁架的结构，屋面檩条为12m跨度，墙面檩条为6m跨度。
2.2.2方案B：大柱距托架门式刚架方案
本方案采用边框架柱为6m柱距，中柱为12m柱距，在中柱间设置12m托梁以支撑次框架，为了使主框架和次框架变形相协调，在横向框架端侧间设置纵向水平桁架的结构。屋面檩条，墙面檩条跨度均为6m。
2.3材质对用钢量的影响
对上述两种结构方案进行结构分析时主框架及托梁、檩条材质分别采用了Q235B级钢和Q345B级钢两种不同材质，其余次结构材质均采用Q235钢。对上述两类结构方案，当工程概况及荷载情况完全一致的情况下，经计算其总用钢量指标均为主结构采用Q345B级钢时较采用Q235B级钢时省。
2.4钢架间距对用钢量的影响
对上述两种结构方案分别以22m跨度至36m跨度的算例进行整体分别分析计算。方案B主框架用钢量较方案A要多，同时方案B增加托梁的用材，但屋面檩条及其余次要构件用钢量减少相对较多，故总用钢量方案B较方案A省，且随跨度的增加节约用材的幅度随之减少。
2.5跨数对用钢量的影响
为了讨论跨数对轻钢厂房综合经济效益的影响，笔者对方案A 2-5跨25m跨度的算例进行了分析计算，其各项单方用钢量指标可以发现：随跨数的增加各单项用钢量指标基本都下降，总用钢量随跨数的增多而下降，这种变化趋势随跨数的增多慢慢趋于平缓。
2.6屋面坡度对用钢量的影响
门式刚架房屋钢结构的屋面坡度大体在1/8～1/20之间，在对屋面坡度进行确定时，主要是对屋面排水要求的考虑，对于雨水较多的地方应该取较大值，而雨水较少的地方应该取较小值。屋面坡度的变化会使结构的内力分布发生变化。在建筑允许的情况下，采用1/20的屋面坡度，易减少结构最不利截面应力，进而减少结构的截面尺寸，由此达到节省用钢量的最终目的。
3、结语
门式刚架轻型钢结构房屋跨度较小（22m～33m跨度）、柱距较大时采用大柱距托架门架钢结构方案，其经济效果较显著，可节约钢材，因此，在一定跨度范围的实际工程中，大柱距托架门架钢结构是一种值得推广的经济合理的结构型式。
（1）.12m柱距，22m～36m跨度轻钢单层厂房，采用内柱间设置12m托梁以支撑次结构的结构形式较大跨度实腹檩条方案更为经济。
（2）.对上述两种结构方案的比较中，大柱距仅以12m为限，12m以上柱距采用方案A已明显不经济，应考虑采用方案B或空间结构屋面方案。
（3）.对方案A，总用钢量中檩条所占比重约为31%-42%，因此在条件许可的情况下可设计成连续檩条，具有较好的经济效益。
（4）.采用1/20的屋面坡度，易减少结构的截面尺寸，达到节省用钢量的最终目的。
（5）.总用钢量指标均为主结构采用Q345B级钢时较采用Q235B级钢时省。
参考文献
[1]《建筑结构荷载规范》GB50009-2012。
[2]《钢结构设计规范》GB50017-2003。
[3]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010。
[4]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB50022-2015。
关键词：门式刚架轻型房屋设计分析；厂房经济性比较
引言
这种结构型式的主要特点是：体现轻钢结构轻型、快速、高效的特点，应用节能环保型新型建材，实现工厂化加工制作、现场施工组装、方便快捷、施工周期短、造价低等优点；柱网尺寸布置自由灵活、柱网跨度大等优势被广泛的应用于工业厂房建筑中。本文就设计低成本的门式刚架轻型钢结构房屋进行探讨。
1、工程概况
门式刚架轻型钢结构房屋以其节能环保、造价低、自重轻、工厂化制作、施工周期短、柱网跨度大、柱网尺寸布置自由灵活等优势被广泛的应用于单层工业厂房建筑中，其优越性和经济效益是不言而喻的。近年来其发展的一个显著特点是厂房跨数增多、跨度增大、柱距增大。业主对厂房的使用空间提出了更高的要求，厂房的柱距也日趋增大，多跨厂房中的中小柱距日显不足。
下面以6m柱距、12m柱距，22m～36m多跨（通长2跨～5跨）门式刚架轻型钢结构厂房为例进行经济性分析。这种厂房结构一般可采用大跨度实腹檩条方案（方案A）和柱间（纵向）设12m托架梁支撐次框架方案（方案B）。
2、两种结构方案的比较
轻型门式刚架钢结构厂房造价主要由用钢量指标为主要组成部分，用钢量由主结构和次结构两部分组成。笔者采用由PKPM软件对两种结构方案进行结构分析计算，并仅以在厂房中间截取一个结构计算单元进行用钢量经济指标的分析对比。
2.1设计参数
该结构形式以中柱为12m柱距、边柱为6m柱距的无吊车大空间厂房，沿口标高8m。本工程建筑层数：一层；建筑类别：三类；火灾危险性：戊类；耐火等级：二级；设计使用年限：50年；单层彩钢板外墙；双层彩钢夹心板屋面。荷载选择为：恒载0.25kN/m2；活载0.50kN/m2；基本雪压0.45kN/m2；基本风压0.45kN/m2；吊挂荷载0.10 kN/m2；抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组属第一组，建筑场地为 Ⅱ 类场地土，地面粗糙度为B类。本工程安全等级为二级，基础设计等级为丙级。
2.2结构方案
因此对于上述两类方案，采用以下两种结构方案进行计算分析。
2.2.1方案A：大跨度实腹檩条方案
本方案采用框架柱为12m柱距，在二分之一边框架柱间设一墙架柱，为了将墙架柱顶的反力传至两侧的主框架上，在横向框架端侧间利用檩条设置抗风桁架的结构，屋面檩条为12m跨度，墙面檩条为6m跨度。
2.2.2方案B：大柱距托架门式刚架方案
本方案采用边框架柱为6m柱距，中柱为12m柱距，在中柱间设置12m托梁以支撑次框架，为了使主框架和次框架变形相协调，在横向框架端侧间设置纵向水平桁架的结构。屋面檩条，墙面檩条跨度均为6m。
2.3材质对用钢量的影响
对上述两种结构方案进行结构分析时主框架及托梁、檩条材质分别采用了Q235B级钢和Q345B级钢两种不同材质，其余次结构材质均采用Q235钢。对上述两类结构方案，当工程概况及荷载情况完全一致的情况下，经计算其总用钢量指标均为主结构采用Q345B级钢时较采用Q235B级钢时省。
2.4钢架间距对用钢量的影响
对上述两种结构方案分别以22m跨度至36m跨度的算例进行整体分别分析计算。方案B主框架用钢量较方案A要多，同时方案B增加托梁的用材，但屋面檩条及其余次要构件用钢量减少相对较多，故总用钢量方案B较方案A省，且随跨度的增加节约用材的幅度随之减少。
2.5跨数对用钢量的影响
为了讨论跨数对轻钢厂房综合经济效益的影响，笔者对方案A 2-5跨25m跨度的算例进行了分析计算，其各项单方用钢量指标可以发现：随跨数的增加各单项用钢量指标基本都下降，总用钢量随跨数的增多而下降，这种变化趋势随跨数的增多慢慢趋于平缓。
2.6屋面坡度对用钢量的影响
门式刚架房屋钢结构的屋面坡度大体在1/8～1/20之间，在对屋面坡度进行确定时，主要是对屋面排水要求的考虑，对于雨水较多的地方应该取较大值，而雨水较少的地方应该取较小值。屋面坡度的变化会使结构的内力分布发生变化。在建筑允许的情况下，采用1/20的屋面坡度，易减少结构最不利截面应力，进而减少结构的截面尺寸，由此达到节省用钢量的最终目的。
3、结语
门式刚架轻型钢结构房屋跨度较小（22m～33m跨度）、柱距较大时采用大柱距托架门架钢结构方案，其经济效果较显著，可节约钢材，因此，在一定跨度范围的实际工程中，大柱距托架门架钢结构是一种值得推广的经济合理的结构型式。
（1）.12m柱距，22m～36m跨度轻钢单层厂房，采用内柱间设置12m托梁以支撑次结构的结构形式较大跨度实腹檩条方案更为经济。
（2）.对上述两种结构方案的比较中，大柱距仅以12m为限，12m以上柱距采用方案A已明显不经济，应考虑采用方案B或空间结构屋面方案。
（3）.对方案A，总用钢量中檩条所占比重约为31%-42%，因此在条件许可的情况下可设计成连续檩条，具有较好的经济效益。
（4）.采用1/20的屋面坡度，易减少结构的截面尺寸，达到节省用钢量的最终目的。
（5）.总用钢量指标均为主结构采用Q345B级钢时较采用Q235B级钢时省。
参考文献
[1]《建筑结构荷载规范》GB50009-2012。
[2]《钢结构设计规范》GB50017-2003。
[3]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010。
[4]《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB50022-2015。