【关键词】房屋；钢筋混凝土；建筑结构；设计
近年来，房屋建筑工程快速发展，规模越来越庞大，类型也更加多样化，这对于建筑结构设计提出了更高的要求。和普通建筑结构相比，钢筋混凝土建筑结构具有较高的可靠性、稳定性和延展性，使用寿命更长，抗震性能更好，安全系数更高，受到广大建筑设计师的青睐。为了不断提高房屋钢筋混凝土建筑结构设计水平，应采用先进的设计方法，严格把关各个设计环节，关注多个建筑结构设计细节和重点，提高房屋钢筋混凝土建筑结构的使用性能。
一、钢筋混凝土建筑结构概述
钢筋混凝土建筑结构主要是将合适的钢筋材料配加在混凝土结构中，利用钢筋良好的延展性和混凝土较高的稳定性，有效提升整个建筑结构的受力能力。在实际房屋建筑工程项目中，钢筋混凝土构件主要包括大模板现浇结构、薄壳结构等承重结构。和普通钢结构相比，钢筋混凝土的施工造价更低，并且可以节省大量的钢材，因此被广泛地应用在工业厂房和房屋建筑工程施工中。钢筋混凝土建筑结构施工设计，首先应严格按照房屋建筑工程的相关设计要求，预制合适的钢筋混凝土构件，然后运输到施工现场进行拼装，或用模板现场浇筑。在整个建筑结构中混凝土用于承受压力作用，钢筋用于承受拉力作用。钢筋混凝土建筑结构的承载力原理是在房屋建筑结构混凝土受拉区域配加适量的钢筋，使混凝土和钢筋粘结在一起，共同承受外力，钢筋在建筑结构内部产生摩擦力，混凝土产生锚固作用力。钢筋混凝土建筑结构承载压力原理是在混凝土相应部位或者受拉区域添加合适数量的钢筋，钢筋端部设置弯折或者弯钩，建筑结构中的锚固区焊接一定的碎钢筋或者短钢筋，提高整个钢筋混凝土建筑结构的锚固能力。另外，混凝土和钢筋材料在接触面可以形成一定的胶结力，彼此之间发挥化学吸附作用，混凝土和表面凹凸不平的钢筋材料之间形成机械咬合力。
二、房屋钢筋混凝土建筑结构设计要求
1、安全性
房屋钢筋混凝土建筑结构设计必须满足安全性要求，在使用年限以内，房屋建筑结构应保持安全性，能够应对有可能发生的各种突况，在发生自然灾害或者偶然事件后，房屋建筑结构不能发生倾斜或者坍塌，应保持一定的安全性和稳定性，保障人们的生命安全。
2、耐久性
耐久性是指房屋钢筋混凝土建筑结构必须达到一定的使用年限，在规定使用年限内必须保持良好的使用性能和稳定性，建筑结构不能发生锈蚀或者腐蚀，保持一定的耐久性。
3、适用性
在规定使用年限内，房屋钢筋混凝土建筑结构设计应满足相应的使用要求，保持良好的抗变形、抗裂缝和抗震性，适应当地的水文地质和天气变化，钢筋混凝土建筑结构保持较高的适用性。
三、房屋钢筋混凝土建筑结构设计要点
1、结构选型
结合房屋建筑工程的分隔交接形式和施工设计要求，选择Z字型、十字型、L型、T型的短肢剪力墙结构，筒中筒结构、刚臂芯筒框架结构、主次框架结构、多筒框架结构、框架剪力墙结构等，设置合理的连体结构、钢臂和加强层，保持较高的刚度和稳定性。同时，房屋钢筋混凝土建结构设计应选择合适的结构体系，优化地基基础设计，确保房屋建筑上部结构达到要求的变形限值和刚度，美化建筑结构美观。按照房屋建筑工程施工设计要求，科学计算转换层的刚度比，合理设计层间位移和顶点位移限值，采用有效措施，增强钢筋混凝土建筑结构侧向刚度，增大外柱剪切力。
2、抗震设计
抗震设计是房屋钢筋混凝土建筑结构设计的重点内容，在编制和研究施工设计图纸时，应结合抗震设防，按照国家抗震标准，对房屋建筑结构的裂度、高度、类型进行抗震等级分类，建筑结构的刚度突变系数随着房屋建筑结构的楼层增高而变大，这时建筑结构的抗震性应越高，若房屋建筑结构中包含小塔楼结构或者多塔结构，应适加强当其抗震设计，确保房屋建筑的安全性和稳定性。
3、合理设计高强钢筋和高强混凝土
房屋钢筋混凝土建筑结构设计除了要满足其安全性、耐久性、适用性、抗震性等要求外，还应考虑工程项目的经济效益，在保障施工质量的基础上，应尽量降低施工成本和建筑结构施工建设的难度。钢筋混凝土建筑结构设计应设计和选择合适的高强钢筋和高强混凝土，房屋建筑工程造价主要包括材料费用、施工费用、基础物料费用等，钢筋用量和构筑件截面积对于房屋建筑造价有着重要影响，因此在保障房屋建筑施工质量的基础上，应尽量减少用钢量，这就要求在规划设计阶段，选择合适的高强度钢筋和高强度混凝土，节约大量成本，降低材料费用。若房屋建筑工程施工现场的地基土层中含有大量的软土，这时地基面荷载量较大，通过应用合适的高强钢筋和高强混凝土，优化构筑件截面积设计，降低施工难度，提高房屋建筑的经济效益。
4、传力路线设计
房屋钢筋混凝土建筑结构设计，应尽量简化传力路线，建筑结构之间的传力路线越简单直接，建筑结构构件的应用性能越高，并且建筑材料消耗较少，因此钢筋混凝土建筑结构设计应尽量保持立面和平面的简单化。同时，钢筋混凝土建筑结构设计在满足抗震性要求的基础上，合理设计传力路线，特别注意建筑结构基础设置，结合施工现场的实际情况，优化传力路线设计，提高房屋钢筋混凝土建筑结构的稳定性和耐久性。
5、采取合适的构造措施
一些复杂的房屋建筑工程采用大跨度的柱网框架结构，由于楼梯平台和房屋梁体的阻隔作用，楼梯间框架柱一般分为若干短柱，在钢筋混凝土建筑结构设计时，要对这些短柱箍筋加密，确保短柱的牢固性和稳定性。如果房屋建筑楼梯间采用短柱设计，施工人员要对柱箍筋，并且全长进行加密，一旦房屋建筑框架结构长度超出标准的设计要求，并且房屋建筑工程又不能留设缝隙，可以双向配置一些细钢筋，然后进行混凝土浇筑施工，保障房屋钢筋混凝土建筑结构良好的使用性能。
6、引入概念设计
房屋钢筋混凝土建筑结构设计应积极引入概念设计，一方面选择设计现代化样式的建筑，另一方面注意建筑结构设计的低碳、环保、节能、抗风和抗震性，无论是房屋建筑的立面设计还是平面设计，应遵循科学合理的原则，体现健康、舒适、绿色的理念，实现建筑结构的弹性设计，提高房屋钢筋混凝土建筑结构的实效性。
结束语：
钢筋混凝土建筑结构具有舒适性高、稳定性强、刚度大、整体性好等优点，被广泛的应用房屋建筑工程项目中。相关设计人员应全面了解钢筋混凝土建筑结构原理，明确房屋建筑结构设计要求，不断优化钢筋混凝土建筑结构设计方法，严格按照相关设计标准，严谨认真地控制各个设计细节，推动房屋建筑的快速发展。
参考文献：
[1] 刘伟权. 试论房屋钢筋混凝土建筑结构设计[J]. 中国新技术新产品，2012，15：173-174.
[2] 任全宏，常建军. 钢筋混凝土多层框架结构房屋结构设计中应注意的几个问题[J]. 陕西建筑，2007，07：7-10.
关键词：钢结构；厂房设计；注意问题
Abstract: combining with engineering practice for ordinary steel structure workshop several problems in the design were analyzed and discussed, including the steel thermal insulating and fire prevention, the structural calculation, etc, so as to provide a reference for the similar projects design.
Keywords: steel structure; Plant design; Pay attention to problems
中图分类号： TU391 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着国家经济的快速发展，钢结构在建筑领域起到了举足轻重的作用，扮演着越来越重要的角色，无论在工业还是民用建筑中，钢结构以其突出的特点迅速地占领着越来越广的市场。其特点有：其整体刚度和抗震性能好、施工速度快、自重轻、承载力高，在大跨度及超高层建筑中代替了钢筋混凝土结构，但也存在着防火性能差、易腐蚀等缺点，在设计中根据其特点扬长避短才能更好地发挥钢结构的作用，现在就钢结构工业厂房在设计中的几个问题作简单阐述。
1钢材的保温隔热与防火
钢材具有很高的导热性能，其导热系数为50w(m.℃)，当受热达到100℃以上时，其抗拉强度就会降低，塑性增大；温度达到250℃时，钢材抗拉强度会稍提高，但塑性却降低，出现蓝脆现象；温度达到500℃时，钢材强度降至很低，会致使钢结构塌落。所以当钢结构所处环境温度达到150℃以上时，就必须做隔热防火设计。其做法一般为：钢结构外侧包耐火砖、混凝土或硬质防火板材。或者钢结构刷厚涂型防火涂料，厚度按《钢结构防火涂料技术规程》计算。
2结构整体计算
目前的结构计算基本上都采用计算软件来进行，对软件的不理解和不熟悉都会造成设计上的不合理，甚至不安全。这里针对以下几个容易出错的问题进行探讨。
2．1荷载问题
荷载的取值对结构计算影响较大，取小了不安全，取大了不经济，尤其对于大跨度轻型屋面结构。荷载取值应按照《建筑结构荷载规范》进行。一般情况下屋面恒载应按照实际情况计算取值，屋面活荷载可取O．5kN／m：，风荷载、雪荷载和积灰荷载等按规范，其他附加荷载应按实际情况输入。需要说明的是，屋面活荷载和雪荷载在计算时应取二者的大值作为活荷载输入，有积灰的还应考虑积灰荷载。厂房屋面的通风器由于其高度和宽度都较大，计算时应按照实际情况转化为集中载荷输入。在厂房的高低屋面处，还应考虑积雪的堆积影响，防止由此产生的屋面结构的破坏。同样局部风荷载的增大也会使屋面板和檩条的连接被撕坏，从而将屋面板掀起来。
2．2结构计算
目前的钢结构厂房的计算多采用二维软件对其中的―榀钢架进行计算，整体三维分析仍然不够成熟方便。此处对结构计算时的几个问题进行简单分析。
1)屋面梁的平面外计算长度可取隅撑的间距，一般对有托梁体系的小檩距屋面可取两个檩条的间距(约3m)，对无托梁的大檩距屋面可取檩条间距(约4m)。对重型钢结构厂房，柱子的平面外计算长度不应考虑隅撑的作用，尤其是格构式下柱，否则是不安全的。
2)阶形柱的平面内计算长度应该按照《钢结构设计规范》[21确定，按线刚度比来确定会导致部分中柱确定的计算长度系数异常。用PKPM系列软件STS(05版)对某工程进行计算时发现，当柱段中间出现刚接梁(如高低跨情况)，程序就按线刚度比确定柱的计算长度系数，导致该柱的计算长度系数特别异常。新版的PKPM(08版)已改为按照阶形柱的方式来确定柱计算长度系数，但仍可以人工按照线刚度比的结果进行修改。笔者认为，对于阶形柱，按《钢结构设计规范》阶形柱来确定柱平面内计算长度系数更合理一些。
3)用STS软件计算厂房柱，荷载组合中没有单独的恒+活+吊车的组合，有吊车的组合都有风，有时风作用是有利的，因此在吊车荷载与风荷载同时组合时，对于吊车为主的组合，判断了一下风载是有利还是不利的，不利时，考虑与吊车进行组合，有利时可以不考虑风荷载。STS(05版)对是否有利是按M、Ⅳ、y各自分别判断的，因此可能会出现M含有风的组合，Ⅳ则没有风的组合的不合理情况，导致计算结果偏大；STS(08版)改进为：根据组合的吊车主控制项：如吊1的组合为M。主导作用的组合，则判断风载是否不利只根据M项来判断，当为不利时，则同时都把风载肘、Ⅳ、y组合进来，保证是同时发生的，STS(08版)这样组合更合理。
2．3构件的局部稳定
根据《钢结构设计规范》，处理板件局部稳定有两种方式，其一是以屈曲为承载能力的极限状态，并通过对板件宽厚比的限制，使之不在构件整体失效之前屈曲；其二是允许板件在构件整体失效之前屈曲，并利用其屈曲后强度，构件的承载能力由局部屈曲后的有效截面确定。《建筑抗震设计规范》对单层厂房柱、梁的板件宽厚比，较《钢结构设计规范》中的静力弹性设计要求严。对按宽厚比限值设计的梁进行的粗略统计表明，腹板的用钢量占梁整体用钢量的50%―70％。因此有必要采取措施来减少腹板的用钢量。
降低腹板的厚度―般有两种方法。―种是设置合适的加劲肋，加劲肋作为腹板的支承，将腹板分段，以提高临界应力。横向加劲肋能提高腹板的临界应力并作为纵向加劲肋的支承，纵向加劲肋对提高弯曲临界应力特别有效。短加劲肋常用于局部压应力较大的情况。《建筑抗震设计规范》中也提出构件的腹板宽厚比可通过设置纵向加劲肋来减小。
另一种降低构件腹板厚度的方法是适当放松宽厚比限值，并利用腹板屈曲后强度。对多数轻型维护结构的单层钢结构厂房进行设计计算表明，地震组合多数情况下对梁柱受力都不起控制作用，尤其是在地震烈度较低的地区。有文献提出即，可偏于安全地根据偶遇地震组合是否控制刚架构件受力作为选择构件截面板件宽厚比限值的判断准则。实际上根据大多数厂房的设计计算得出，重型钢结构厂房的屋面梁多由挠度控制，厂房柱多由刚度和长细比控制，尤其屋面梁一般应力都比较小。因此对于地震组合不起控制作用时，采用《钢结构设计规范》中弹性阶段设计的板件宽厚比限值也是可行的。
实际工程设计时，当地震组合不起控制作用时，建议按钢结构规范进行设计，并考虑屈曲后强度的利用，可不遵守《建筑抗震设计规范》中单层钢结构厂房板件宽厚比限值的要求。当地震组合起控制作用时，可根据设置合适的加劲肋来减小腹板厚度，有时也能起到很好的经济效益。
3温度伸缩缝的设置
温度变化将引起钢结构厂房的变形，使结构产生温度应力，当厂房平面尺度较大时，为避免产生较大的温度应力，应在厂房纵横两个方向设置温度伸缩缝，区段的长度可以根据钢结构规范来执行。温度伸缩缝一般采用设置双柱的方法来处理，对纵向温度伸缩缝可在屋架支座处设置滚动支座。
4屋面支撑系统及屋面设计
屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑；在无檩体系中，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用，但考虑到施工条件的限制和安装需要。无论有檩或无檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12m的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车或厂房内有较大振动设备的均应设置纵向水平支撑。
屋面的排水及防水设计在屋面设计中需重点考虑，根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5％，在积雪较大的地区，坡度应适当加大。单坡屋面的长度主要取决于所在地区的温差以及降雨所形成的最大水头高度。根据工程设计经验，单坡屋面长度宜控制在70m以内。
目前，市场上钢结构屋面的做法常用的有两种：①刚性屋面：双层彩色压型钢板内夹保温棉；②复合柔性屋面：由屋面彩钢板内板、隔气层、保温层、卷材防水层组成。
5立面设计
轻钢结构的建筑主要有把握以下4个方面的特征：规模、线条、色彩、变化。
钢结构厂房的立面主要由工艺布置来决定，在满足工艺的要求下力求立面简洁恢宏同时使节点尽量简单统一。彩色压型钢板使得轻钢厂房的建筑表现得体形轻盈色彩丰富，明显优于传统钢筋混凝土结构的沉重单一。在轻钢厂房的设计中常采用跳跃性色彩和冷色调，重点突出主要出入口、外天沟、收边泛水等地方，既体现了现代化厂房的恢宏气势，又丰富了立面效果。
传统的钢筋混凝土结构厂房，外墙维护为砖砌体，外装修为涂料或面砖，辅以色带，由于混凝土屋面设置采光窗效果不理想，设计时通常在墙面设置大量的采光窗。但对于维护墙为彩色压型钢板的钢结构厂房来说则不然。线条是表现轻钢结构建筑风格最独特的特征，均匀的线条或横或竖，使得轻钢结构建筑富有流畅的金属质感，体现了强烈的现代工业气息。若在墙面设置大量采光窗，则破坏了墙面的线条造型，同时，轻钢结构屋面可以大量使用屋面采光板，采光均匀，同时兼可解决厂房通风问题。
6防锈处理
钢结构表面直接暴露在大气中就会锈蚀，当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢结构处在潮湿环境中时，钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅会使构件截面减小，还会使钢构件表层局部产生锈坑，当构件受力时将引起应力集中现象，使结构过早破坏。因此，对钢结构厂房构件的防锈蚀问题应予以足够的重视，并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、工艺布置、材料选择等方面采取相应对策和措施，以确保厂房结构的安全。一般钢结构的防腐常采用防锈底漆和面漆，涂装层数及厚度常根据其使用环境和涂层性质来决定。一般室内钢结构在自然大气介质作用下，要求涂层厚度100μm，即底漆两道，面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构，要求漆膜总厚度为150μm～200μm。且在酸环境中的钢结构要求使用氯磺化防酸漆。钢柱柱脚在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹，其保护层厚度不小于50mm。
结束语
总之，钢结构厂房在满足工艺布置的前提下，选择合适的结构体系能使结构受力合理、安全可靠，且能有效降低结构造价。
参考文献：
【1】GB50009-2001建筑结构荷载规范(2006年版)【S】．
【2】GB50017―2003钢结构设计规范【S】．
【3】GB50011．2001建筑抗震设计规范(2008年版)【S】．
【关键字】钢框架，工业厂房，设计
中图分类号：TU398+.2文献标识码： A 文章编号：
一．多层钢框架工业厂房的设计理念
1、钢框架体系概念
框架体系是指沿纵横方向均由框架作为承重和抵抗水平抗侧力的主要构成所组成的结构体系。框架的梁柱宜采用刚性连接。钢框架结构一般可分为无支撑框架和有支撑框架两种形式。无支撑的纯框架体系，有钢柱和钢梁组成，在地震区框架的纵、横梁与柱一般采用刚性连接，纵横两方向形成空间体系，有一定的整体的空间作用功能，有较强的侧向刚度和延性，承担两个主轴方向的地震作用。
2、纯框架体系的主要特点是：
（1）可以形成较大使用空间，平面布置灵活，适用多种类型适用功能，结构各部分刚度比较均匀，构件易于标准化和定型化，构造简单，易于施工。对于层数不多的房屋而言，框架体系是一种比较经济合理的结构体系。
（2）重力二阶效应影响
钢框架的侧向刚度较柔，在风荷载或水平地震作用下将产生较大的水平位移,由于结构上的竖向荷载P的作用，使结构又进一步增加侧移值且因其结构的各构件产生附加内力。这使框架产生几何非线性的效应，称之为重力二阶效应。
由于重力二阶效应的影响，将降低结构的承载力和结构的整体稳定。
（3）由于框架结构体系中柱与各层梁为刚性连接，改变了悬臂柱的受力状态，从而使柱所承受的弯矩大幅度减小，使结构具有较大延性，自振周期长。自重较轻，对地震作用敏感小，是一种较好的抗震结构形式。但由于地震时侧向位移大，容易引起非结构性构件的破坏。
（4）框架结构体系的抗侧能力主要决定于梁和柱的受弯能力，若房屋层数过多，侧力增大，而要提高抗侧刚度，只有加大梁、柱截面。
三．工程概况
河南洛阳某选厂精矿过滤车间为多层钢结构厂房，总建筑面积为1852.2m2。首层层高4.5m，局部二层层高2.9m，三层层高7.6m，建筑高度17.1m。为满足工艺要求，纵向柱距为6m,9m；横向柱距为6mX5。框架柱与框架梁均为工字型截面，柱与独立基础刚性连接，框架柱与框架梁也是刚性连接。屋面采用薄壁C型钢双拼檩条，墙面采用外挂压型钢板。楼面采用6mm厚花纹钢板以节约造价。
四．钢框架工业厂房建筑设计
1. 维护结构的选用
钢结构厂房主要采用压型钢板围护结构。压型钢板具有自重轻、强度大、刚度较大、抗震性能较好、施工安装方便，易于维护更新，便于商品化、工业化生产的特点。而且压型钢板具有简洁、美观的外观，丰富多彩的色调一级灵活的组合方式，是一种较为理想维护结构用材。
压型钢板按波高分高波板、中波板和地波板三种板型。屋面宜采用波高和波距较大的压型钢板，墙角宜选用波高和波距较小的压型冈本。上述工程中压型钢板维护结构均选在国标01925-1，其中外墙面压型钢板选用YX28-150-750，屋面压型钢板屋面板选用YX130-300-600，屋面底板选用YX15-225-900。
2.屋面排水设计
屋面排水设计主要考虑屋面坡度、天沟形式、单坡屋面长度这些因素。
根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5％。然而在实际的操作中，屋面坡度远远低于这个标准。但是，考虑到很多企业的钢构的技术力量、节点的处理以及材料性能等方面的原因，我们通常会将屋面坡度保持在5%内。对于雨雪比较多的地区，屋面坡度可以适当的加大。如下图所示就是屋面设计示意图。
五．钢框架工业厂房结构设计
1、计算的一般规定
计算时对平面布置较规则的多层框架，其横向框架的计算宜采用平面计算模型，当平面不规则且楼盖为刚性楼盖时，宜采用空间计算模型。多层框架的纵向计算，一般可按柱列法计算，当个柱列纵向刚度差别较大且楼盖为刚性楼盖时，宜采用空间整体计算模型。多层框架在风荷载作用下，顶点的横向水平位移（标准值）不宜大于H/500(H为框架柱总高)，层间相对位移（标准值）不宜大于h/400(h为层高)，对隔墙的多层框架，可不验算其层间位移。
2、荷载
(1）恒载（永久荷载）
A、建筑物自重，按实际情况计算取值，分享系数r取为1.2；
B、楼（屋）盖上工艺设备荷载.包括永久性设备荷载及管线等，应按工艺提供的数据取值，其荷载分项系数r取为1.2；当恒荷载在荷载组合中为有利作用时，其分项系数r取为1.0.
（2）活荷载（可变荷载）
楼层活荷载（包括运输或起重设备荷载），按工艺提供的资料确定，荷载分项系数一般取r=1.4,但当楼面活荷载Q>4KN/M2时，r可取1.3.
3.多层框架的节点构造与计算
（1）梁、柱刚接连接节点
多层框架梁最常用的截面为轧制或焊接的H型钢截面，当为组合楼盖时，因优化截面，降低钢耗、可采用上下翼缘不对称的焊接工字型截面。多层框架柱最常用的截面亦为轧制或焊接的H型钢截面，当荷载及柱高均较大时，亦可采用方管截面，但其用钢量较大且制作亦较困难，当有外观等特别要求时亦矿用圆管截面。
在多层框架中框架与柱的连接节点一般都是刚性连接，这样可以增加框架的抗侧移刚度，减少框架横梁的跨中弯矩。梁与柱的刚性连接可以保证将梁端的弯矩和剪力可以有效地传给柱子，刚接节点的连接（焊接或高强度螺栓连接）应能保证所连接部分内力能可靠的传递，对与母材等强的熔透焊（加引弧板）焊缝可不再验算其强度。
本工程中框架柱与框架梁均为工字型截面，均为刚性连接。
（2）柱脚节点
柱脚的作用是将柱的下端固定于基础，并将柱身所受的内力传给基础。基础一般由钢筋混凝土做成，其强度远比钢材低。为此，需要将柱身的底端放大，以增加其与基础顶面的接触面积，使接触面上的压应力小于或等于基础混凝土的抗压强度设计值。
柱脚按其与基础的连接方式不同，可分为铰接和刚接两种型式。上述工程中柱脚采用刚性柱脚，柱脚通过预埋在基础上的锚栓来固定，在弯矩作用下，刚接柱脚底板中拉力由锚栓来承受，所以锚栓的数量和直接需要通过计算确定。
（3）屋盖支撑
屋盖支撑作用：
1）保证屋盖结构的空间几何不变性和稳定性
2）承受和传递水平荷载
支撑体系可有效地承受和传递风荷载、吊车的制动荷载及地震作用等水平荷载
本工程屋面设有5t电动葫芦，为保证承重结构在安装和使用过程中的整体稳定性，提高结构的空间作用，减少屋架杆件在平面外的计算长度，根据结构的形式、跨度、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等设置支撑系统，在屋面2-3轴及5-6轴之间设水平支撑。
六．结束语
工业厂房的设计的好坏是由工艺、项目管理所决定的，而衡量一个设计院的水平则是通过对该设计院的综合管线的管理来评定的，因为对于综合管线的管理将会直接影响到设计的顺利进行。各专业协调的能力最直接、最表面的体现就是综合管线的布置。各专业协调的好，综合管线的布置就合理，厂房就会整齐、干净，否则就显得零乱。当然设计人员的素质也是厂房设计好坏的决定因素，因此，应该加强设计人员的素质建设。
参考文献：
[1]崔芃 浅谈钢结构工业厂房设计[期刊论文] 《山西建筑》 -2007年24期
[2]沙昱楠 康乐 对钢结构工业厂房设计及施工问题的探讨 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2012年14期
[3]梁中力 黄文明 齐立军 浅谈钢结构工业厂房设计与安装施工 [期刊论文] 《中小企业管理与科技》 -2010年27期
[4]张海玲 多层钢结构工业厂房设计问题分析 [期刊论文] 《科技致富向导》 -2011年20期
[5]张兴玉 多层钢结构工业厂房设计与实例 [期刊论文] 《科技与生活》 -2010年9期
关键词：轻型门式刚架；支撑系统；常见
中图分类号：C35文献标识码： A
引言：
轻型门式刚架房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期，以其质量轻、柱网布置比较灵活、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高等特点，近年来得到迅速的发展，已广泛应用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等工程。但因忽视支撑设置以及安装质量不规范等因素，导致质量事故甚至失稳破坏的案例时有发生，因此，本文针对轻型门式钢架支撑系统的种类、布置和作用，以及该体系常见问题作一系统归纳与分析。
1、轻型门式刚架结构的特点
1.1、质量轻
轻型门式刚架结构的围护结构一般都采用轻型材料，屋檩和墙檩一般采用冷弯C形钢或Z形钢，屋面板和墙面板多采用压型金属板，因而结构自重较轻。即使是在工业厂房中，因为《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(2012年版)》(CECS102:2002)中规定轻型门式刚架结构中仅可设置起重量不大于20t的A1－A5工作级别的桥式吊车或3t的悬挂式起重机，结构所承受的总荷载相对也较小。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10～30kg/m2，自重约为同等条件下钢筋混凝土结构的1/20～1/30。由于荷载较小，基础所用材料也较少，地基处理难度相应降低，结构地震反应也较小。
1.2、工业化程度高，施工周期短
轻型门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量更能够保证。将构件运到施工现场后，构件间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。
1.3、结构布置灵活，不受模数限制
传统的钢筋混凝土结构由于受屋面板等尺寸限制，柱距多为6m，当采用12m或其他柱距时，需设置托架等，较为麻烦。而轻型门式刚架结构的维护体系采用压型金属板，故柱网布置灵活，一般仅需考虑使用要求和用钢量。
1.4、综合经济效益高
轻型门式刚架结构设计周期短，原材料种类单一，构件采用自动化设备成批量生产，单位价格相对较低，且门式刚架结构施工周期短，资金周转率高，发挥投资效益快。
2、轻型门式钢支撑系统概述
2.1、支撑布置及作用
横向水平支撑一般设置在房屋两端或横向温度伸缩缝区段两端的第一柱间的屋盖系统上，有时也可设在第二个柱间；一般由十字交叉斜腹杆（拉杆）和竖腹杆（压杆）组成；横向支撑的间距不宜大于60m。所以，当温度区段较长时，在区段中间尚应增设横向水平支撑作用以承受地震荷载或由山墙传来的纵向风荷载，保证屋盖系统的整体性，提高空间刚度，是构成空间稳定结构体系的基础之一。
2.2、柱间支撑
2.2.1、布置
设置部位同横向水平支撑，一般与横向水平支撑对应地布置在同一柱间距内；可分为柔性（圆钢）和刚性（型钢）两种，当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，应采用刚性柱间支撑；当钢柱高度相对于柱距较大或设有吊车时，柱间支撑应分层设置。
2.2.2、作用
它的主要作用是与横向水平支撑共同形成稳定的空间结构体系，提高厂房纵向刚度和稳定性，可承受和传递厂房纵向的各种荷载与作用。
2.3、刚性系杆
布置刚性系杆一般设置在刚架转折处(边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶)，应沿房屋全长设置；当端部横向水平支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置也应设置刚性系杆。刚性系杆一般采用钢管或型钢。
作用主要有两个方面：①承受山墙传递到屋面上的水平荷载（风载或地震荷载）；②形成一个稳定空间结构体系的重要支撑之一。
3、轻型门式刚架结构设计中需注意的问题
由于轻钢结构自身的特点与普通钢结构有较大区别，设计中应采取一些有针对性的措施，以保证结构的受力性能。已有许多专家、学者和工程技术人员对此问题进行过分析研究，因此，本文仅对一些设计中常出现的问题进行总结。
3.1、应合理设置支撑体系
单榀门式刚架在刚架平面内刚度较大，能有效抵抗水平荷载，但是在刚架平面内刚度则较差，需通过设置支撑来保证纵向水平荷载的传递。支撑设置时需注意将屋面横向水平支撑和柱间支撑布置在同一跨间，以构成稳定的空间结构体系，既可承受和传递房屋纵向的各种荷载和作用，又便于结构的施工和安装。在房屋的各温度区段内，均需设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。屋面横向水平支撑一般布置在温度区段端部第一开间，也可以布置在第二开间，但此时需在第一开间相应于屋面横向水平支撑竖腹杆位置布置刚性系杆。屋面横向水平支撑的竖腹杆需按刚性压杆设计，才能组成几何不变体系。屋面横向水平支撑的节点应与抗风柱布置相协调，将节点布置在抗风柱处，以直接传递抗风柱柱顶反力，避免刚架斜梁受扭。在刚架转折处，如边柱柱顶、屋脊处、多跨房屋中间柱柱顶等位置，需沿房屋纵向全长设置刚性系杆，既可承受和传递纵向水平荷载，还能在安装过程中增加刚架的侧向刚度，保证结构安全。支撑的常见布置见图1。
图1支撑布置
3.2、柱脚
柱脚部分未采用混凝土包裹防护，容易钢材锈蚀而产生安全隐患；柱脚锚栓未采用双螺帽；柱脚与基础顶面二次灌浆未采用灌浆料填实。
3.3、 梁柱节点常见问题有：①摩擦面涂漆；②顶紧接触面积偏小（小于75%）；③边缘最大间隙过大（大于0.8mm）；④高强螺栓丝扣未外露；⑤端板厚度偏小（小于16mm）。上述存在问题可能会导致节点不能有效形成刚性连接而产生安全隐患。
3.4、屋面
为钢结构斜梁、立柱为混凝土排架结构该结构体系与门式刚架不同；由于主钢架斜梁与混凝土柱很难形成刚接，立柱存在水平推力，可能导致结构严重不安全。
3.5、隅撑缺失
主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内侧翼缘未设置与檩条或墙梁相连接的隅撑，可能会导致钢梁平面外失稳。钢梁变截面处钢梁在翼缘转折处（变截面处）未设置横向加劲肋；由于该处应力复杂，设置横向加劲肋主要对腹板予以加强。
3.6、锚栓不铅直
锚栓不铅直会严重影响房屋的外观。由于框架柱柱脚的水平度差锚栓又不够铅直经常使柱子安装后东倒西歪不在一条直线上。影响外观的同时还容易造成安全隐患使房屋经不住长时间的考验。最近国对轻钢施工的验收规程进行了讨论许多专家都强调了一种比较严谨的方法。就是在安装锚栓时坚持先将底板用下部调整螺栓调平再用无收缩砂浆二次灌浆填实。这种方法的应用将明显减少锚栓不铅直对房屋构架的影响。25门式刚架的安装。有些刚架在大风时柱子被拔起因此在风荷载较大的地区刚柱受拉时在柱脚更应考虑抗拔构造例如锚栓端部设锚板等。另外预埋地脚螺栓与混凝土短柱边距离过近在刚架吊装时经常不可避免的会人为产生一些侧向外力而将柱顶部混凝土拉碎或拉崩。在预埋螺栓时钢柱侧边螺栓不能过于靠边应与柱边留有足够的距离。同时混凝土短柱要保证达到设计强度后方可组织刚架的吊装工作。另外施工时遗忘抗剪槽的留置和抗剪件的设置柱脚螺栓按承受拉力设计计算时不考虑螺栓承受水平力。若未设置抗剪件所有由侧向风荷载水平地震荷载吊车水平荷载等产生的柱底剪力几乎都由柱脚螺栓承担从而破坏柱脚螺栓。有些工程地脚螺栓位置不准确为了方便刚架吊装就位在现场对地板进行二次打孔汪意切割造成柱脚底板开孔过大使得柱脚固定不牢螺栓最小边距不能满足规范要求。
3.7、模条计算不安全
《冷弯薄壁型钢构件技术规程》中提到有些设计软件并没有考虑到与檀条相关的有效宽度理论。因此在进行设计时不能单纯依赖软件软件没有考虑到的内容要自己考虑。如檀条特有构件应采用有效宽度理论计算强度,这就需要自己熟悉理解规范结合规范和软件做出正确判断后在计算。《规程》封7条规定结构构件的受拉强度应按净截面计算受压强度应按有效截面计算稳定性应按有效截面计算变形和各种稳定系数均可按毛截面计算。而实际设计中常常会忽略掉应用净截面计算强度如果不用净截面进行计算,实际应力将高于计算值。也容易忽略针孔减弱。而当这种减弱达到6%一巧%时就会对对小截面窄翼缘的梁产生较大影响。14钢柱换硷柱。为了节省钢材降低造价肩少数单位在设计门式刚架时将钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成斜梁用竖放式端板与硷柱中的预埋螺栓相连形成刚接。但厂房中符合设计的框架的梁柱不能用刚接只能用铰接。因混凝土是一种脆性的材料抗拉、抗冲切的陛能很差在外力作用下容易出现松动和破坏。在实际施工中采用硷柱加钢梁作成排架是可以的但由于连接不同构件内力不同可能造成工程斜梁过细安全隐患增加可见将刚架的钢柱换成硷柱而钢梁不变是不可以的。
3.8、注意风吸力的影响
轻型门式刚架结构由于采用了轻型屋面材料，自重较轻，当屋面坡度在一定范围时，风荷载的作用方向会向上，即为风吸力。在普通钢结构中，风吸力会抵消部分重力荷载，起有利作用，因而不考虑。但对于轻型门式刚架结构来说，风吸力的大小可能超过屋面结构自重，叠加后产生向上作用的荷载，使结构构件中产生反向内力，如不考虑风吸力，可能导致结构不安全。2.4不得随意改变结构材料和体系部分设计人员在设计门式刚架结构时，根据业主要求或其他考虑，将刚架柱改为钢筋混凝土柱，刚架斜梁仍为钢梁，仍按照门式刚架结构体系进行设计，这样做可能会产生工程事故。因为门式刚架结构中刚架斜梁与刚架柱必须做成刚接，而钢结构斜梁与钢筋混凝土柱较难实现刚接，做出来更接近与排架结构，与刚架结构是完全不同的两种结构体系，这样设计出来的结构可能会严重不安全。
4、结论
①应充分重视支撑系统的设置，合理完善的支撑系统是形成稳定的空间结构体系的重要保证。②应严格按照规范标准精心施工，以消除因细节重视不够而导致工程质量事故的发生。
参考文献：
[1]张亚江.门式钢刚架火灾升降温作用全过程响应分析[D].长安大学,2012.
[2]杨晋,王超.浅析门式钢架结构在池窑拉丝厂中的应用[J].玻璃纤维,2014,03:43-46.
关键词：旧房改造；结构加固；方法
中图分类号：TU2 文献标识码：A
一、建筑结构上的荷载
按照《建筑结构荷载规范》把作用在楼面的活荷载,统一取为平稳二项随机过程,并把楼面活荷载分为持久性和临时性活荷载,假定(设计基准期T=50年)：
a.荷载出现的概率为P，不出现的概率为1-P；
b.荷载持续一次作用时间为τ,则在准基期为荷载变动次数r=T/τ；
c.荷载任意时点的概率分布函数是相同的。
根据以上假定,通过全国性现场调查得出:τ=10年,r=5次,荷载分布函数为极值I型分布:
F（x）=exp{-exp[-α(x-u)]}（1）
其中：u：众值，u=µ-0.5772/α
α:尺度参数，α=π/2.4495σ
µ，σ为分布函数的平均值和标准差。
根据二者的组合,并按一定的分位数,得出楼面活荷载的标准值LK=1.5kN/m2。但在结构加固时,由于结构已处于服役期,因此荷载基准期T=50年的假定已不再适应,而应改成目标使用期T(t),t由甲方或者房产商给出,这就得出下式:
γR≥S（2）
式中的荷载项S，必须修改,(R为抗力设计值,S为荷载设计值)。
为便于结构工程师应用,给出一个荷载修正系数K应是适宜的。按照在新的目标使用期内,结构的可靠度指标不变的前提下,利用上述研究楼面活荷载的方法,可以得出修正系数K(见表1)。
活荷载修正系数K(单位:年)表1
二、结构抗力
对于(4)式的左端项,以前的设计思想是考虑到施工、制作等诸多不确定性未来因素,对抗力标准值R0除以一个抗力分项系数γ0作为设计值。但在加固设计时,结构已经形成,因此抗力项应现场实测来定出。
即:
γγ0R≥kk0S（5）
式中,γ0为抗力分项系数。
同时,采用(1)式还存在一个隐患,即责任方不明确:是施工质量的原因,还是设计方法不完善?这很容易造成房屋鉴定加固时责任不明确。采用概率分析方法的研究现在还不成熟,很难应用到实际工程中去。
三、工程实例
（一）工程概况
某商务楼建于1974年，五层多排柱内框架房屋，建筑面积为3550m2。房屋平面呈“L”形，设计时未考虑抗震设防。根据检测结果，混凝土强度等级仅为C13，粘土砖强度等级MUIO或MU15(图1)。
图1原结构平面布置图
（二）工程难点与解决方法
根据抗震鉴定报告可知原结构属于平面凹凸不规则，扭转不规则、竖向规则结构范畴。根据建筑工程建设规范《建筑抗震设计规程》，按照内框架结构构造措施进行了复核，得出主要结论如下：
1、按照内框架结构体系，改造后的房屋高度、房屋层数均超过抗震规范限值要求；
2、结构平面不规则，不符合抗震要求；
3、房屋四角未设构造柱，不符合抗震要求。
（三）设计方案
1、角钢加固砖壁柱
对于角钢加固砖柱的强度和变形，国家尚无相关设计规范，国内的理论研究也很少，需要根据加固措施进行理论分析并按相关规范设计。
理论上讲，①角钢加固后的砖柱处于三向受压状态，延迟裂缝的产生和发展，强度和刚度得到提高；②由于内部砖柱的作用，钢格构柱的整体稳定性得到改善。通过砖柱包钢和屋角增设构造柱解决了结构体系置换问题。但是在设计中我们不考虑砖柱的作用，算出内力后按照钢格构柱进行设计，这样设计将偏于安全。在建模过程中，采用等代刚度法输入加固后的钢一砖柱的尺寸。
2、房屋四角增设构造柱
在房屋四角增设砖柱，然后用角钢和钢板将其与原屋角一同箍住，设计原理和施工方法同角钢加固砖壁柱。
（四）施工实施
1、工艺流程
检查材料是否符合要求砖柱及钢材表面处理安装钢板、角钢及箍板高压灌浆钢材表面防腐处理。
2、砖柱表面处理
为了防止灌胶时胶水渗入砖柱，先用修补胶将整个砖柱进行修补和涂抹。砖柱表面应修补平整，凹凸不应超过5mm(每1m长度范围内)。
3、钢材表面处理
钢板切割后断口边缘熔渣应清除，机械剪切面不得有裂纹及楞缺。表面应清洗除锈，打磨至出现金属光泽。打磨粗糙度越大越好，打磨纹路与钢板受力方向垂直，再用丙酮擦拭干净。角钢和箍板结合面应除锈，并打磨出金属光泽，用丙酮擦拭干净。
4、安装钢板、角钢及箍板
考虑到砖柱的强度较低，膨胀螺丝不能满足临时固定要求，故采用化学锚栓将钢板临时固定于砖柱上。用卡具将角钢及箍板卡干柱上预定位置，经校准后彼此焊接固定。焊接要求参照钢结构规范。
5、高压灌浆
用环氧胶泥将钢架全部构件边缘密闭封堵，防止高压灌浆时胶水流出。在利于灌浆的适当位置钻孔，粘贴灌浆嘴，并留出排气孔。待胶泥固结后，通气试压，对漏气处进行修补。
关键词 钢结构厂房；防雷；设计
中图分类号TU98 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）85-0146-02
0引言
钢结构建筑色彩多样，大方美观，隔热隔声阻燃，耐大气腐蚀，工程造价低，建设周期短，空间利用率高，因而得到了尤为广泛的应用。正是因为独特的钢结构建筑体系，在很大程度上使得钢结构厂房的防雷设计与普通框架结构、砖混结构的建筑物防雷设计有着一系列明显的差别，再加上不同的厂房有着不尽相同的使用性质，甚至许多厂房还有着爆炸和火灾等危险因素的存在，所以，在钢结构厂房的防雷设计当中，应当切实的按照其特点，采取科学有效的防雷措施。
1钢结构厂房的防雷设计策略
1.1明确防雷等级分类
建筑物防雷设计工作的首要问题就是确定建筑的防雷等级，相关设计人员应当对厂房的重要程度、气候条件、地区差异、雷击所导致的破坏程度以及爆炸危险环境等影响因素进行综合考虑，同时通过计算预计雷击次数综合确定防雷等级。《建筑物防雷设计规范》中明确的规定了建筑物的防雷分类，对于工业厂房，应当对其具有爆炸、火灾等危险环境与否加以确定。按照所使用的产出品、中间产品和原料是否为易爆易燃物质，贮存、生产过程及生产工艺时候存在易爆易燃物质泄露等加以确定。对于工业厂房的危险等级，应当按照各项相关设计规范确定防雷类别。通常可以将甲类可燃固体环境、甲类可燃液体环境及甲类可燃气体环境划分成第一类防雷建筑，而小型的甲类可燃固体环境、甲类可燃液体环境及甲类可燃气体环境则划分成第二类防雷建筑，第三类防雷建筑包括乙类可燃固体环境、乙类可燃液体环境及乙类可燃气体环境。当厂房中对第一类防雷建筑、第二类防雷建筑、第三类防雷建筑加以兼备时，则应当根据第3.5.1及3.5.2条的《建筑物防雷设计规范》中具体规定划分防雷分类。
1.2接闪器
1）设置避雷针及避雷带。在设置接闪器方面，通常在厂房容易受到雷击部位对避雷针及避雷带进行设置，同时在建筑物屋面按照防雷等级形成规定的建筑物避雷网络，接闪器除了采用混凝土构件以内的钢筋以外，还可以使用扁钢或者圆钢避雷针、避雷带，有时为了不影响厂房的美观，还可以采取暗设避雷的措施，这时应当将避雷带的截面适当的加大；2）金属屋面的接闪器。根据相关设计规范，除了防雷建筑的第一类以外，通常金属屋面的接闪器应当为其自身的屋面，并且必须满足：金属板下面如果存在易燃物品，则其铁板厚度要不低于4mm，铜板厚度要不低于5mm，铝板厚度要不低于7mm；金属板下面不存在易燃物品时，则其厚度应不低于0.5mm；金属板无绝缘被覆层；金属板之间如果为塔接，则其塔接长度要不低于100mm。与此同时，1mm厚的聚氯乙烯层、0.5mm厚的沥青层及薄的油漆保护层并非为绝缘被覆层。一般钢结构厂房的屋面为彩钢夹心板以及彩钢压型板，绝大多数均采用条或者自攻螺栓进行连接，整体的结构钢柱与金属屋面之间能够形成较好的电气通路。
1.3引下线
引下线的主要作用是在接地极中导入雷电流，按照规范要求可知，采用暗敷时扁钢界面要不低于80mm2，圆钢直径要不低于10mm。往往扁钢截面以及圆钢直径越大，那么其效果便会越理想。另外，设置越多的引下线，那么每根引下线所流过的雷电流便会越小，对电子设备及感应范围的影响越小，引下线数量的增加也有助于屏蔽效果的增强，所以，在设计过程中，除了与引下线间距的规范要求相满足以外，还应当将引下线的数量适当的增加，这对设备的防护非常有利。从钢结构厂房的结构特点而言，不管是钢梁与钢梁之间，还是钢梁与钢柱之间，都已经有天然的电气通路形成，在引下线的泄雷电流效果、截面积、屏蔽作用对线路或者金属物的反击保护、厂房的施工难度、等电位等诸多方面，将结构钢柱设计成引下线有着突出的优势。对于钢结构的厂房，根据柱距对恰当的钢柱进行选择后，将屋面接闪器与钢柱进行电气连接，只需把钢柱下端连接接地装置，便能够使全部钢柱均成为引下线。
1.4接地装置
箱型基础、独立基础、条基、桩基和筏板等形式是尤为常见的钢结构厂房结构基础。在设计接地的过程中，往往选择基础以内钢筋网进行自然接地，同时运用40×4镀锌扁钢制成环形接地网或者接地体。当采取的是人工接地体时，那么扁钢要不低于25×4，圆钢直径要不低于10，正是因为在混凝土基础内敷设人工接地体，因而有着导电性能高、抗腐蚀性强及不易机械损坏等一系列优点。在连接基础与钢柱方面，比较常见的有平板式、外包式和杯口型等，通过进行结构专业沟通可知，不管采用的是怎样的方式，在专业设计结构的过程中，必须综合性的考虑钢柱方便移动及施工，尽可能的避免基础钢筋网与钢柱的接触，也就是基础钢筋网与钢柱不能形成电气通路，其实这往往背离了电气设计的期望，所以，在设计接地时要尤其注意接地网与钢柱之间良好的电气贯通。同时，切勿忽视钢结构厂房接地设置所具备的特殊性，也就是接地螺栓与基础钢筋本身不具备电气连接，所导致的后果为整个钢结构厂房缺乏有效的接地网，因此，可采取有针对性的补救措施，也就是利用40×4的镀锌扁钢形成等电位环网，过钢柱时镀锌扁钢应当可靠的与下侧柱底板进行焊接，这样镀锌扁钢便能够充当接地线以及接地极的角色。
2结论
总而言之，在钢结构厂房的防雷设计过程中，设计人员应当对钢结构自身所具备的优势加以充分的利用，尽可能的确保厂房防雷的最优化和简单化，并且及时的与结构专业进行沟通，加强全面的了解，从而制定出理想的设计方案。
参考文献
[1]洪健，唐海翔.钢结构厂房防雷和接地设计[J].城市建设理论研究（电子版），2012（21）.
[2]马健，林同炎，李国豪，刘国栋.钢结构建筑防雷设计[J].科技信息，2010（16）.
【关键字】轻钢结构，厂房设计，分析研究
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
在建筑结构设计中，轻型钢钢架的设计是比较常见的，但是，其设计并不是十分的容易。如何进行轻型钢结构的设计是我们进行设计时首要考虑的问题。但由于目前国内系统的论述轻钢结构的书籍还比较缺乏，设计人员大都根据《轻型房屋钢结构技术规程》和《钢结构设计规范》进行设计，而部分结构设计人员从事设计时间不长，对设计规程、规范理解不够全面，对轻钢结构厂房的设计经验不足，以致在设计中出现技术经济不合理现象，甚至造成安全隐患。
二、轻钢结构典型优势
轻钢结构属轻型钢结构的一种类型，其结构体系，简言之，是由刚架为承重结构，配套轻型屋盖和墙体围护结构，以及相应的支撑系统所组成的结构体系。轻钢结构和其他材料的结构相比，具有如下优点 。
（一）自重轻
轻钢框架结构重量比很高，墙厚较薄，因此可以使房屋的跨度达到很大，钢材可根据不同用途合理分配截面尺寸的高宽比，使用面积较其他结构要提高很多。这种截面模数大，具有优良的力学性能和优越的使用性能，结构强度高。轻钢结构与混凝土结构相比，自重约为后者的一半 。在工程设计中可以根据实际情况达到个性化的要求 。
（二）结构稳定性好，抗震性能突出
轻钢框架结构稳定性良好 ，钢梁、钢柱组成柔性框架，可充分发挥钢材强度高、延性好 、塑性变形能力强的特点，以吸收部分地震能量，房屋的抗拉伸、扭曲 、震动的能力得以强化。一般而言，其抗震能力是砖混结构的2倍以上，在高烈度的地震灾害后，用于修复的费用减少 。而且适合建造在各种地质条件的地基上，提高了结构的安全可靠性 。
（三）施工速度快
一般情况下，轻钢框架结构建筑的施工由于设计标准化、定型化，构件加工制作工业化，另外加上现场安装施工的过程中不受气候影响，简单快捷，时间相对钢混结构住宅缩短工时1／3~1／2，加快了资金周转，大大提高了投资回报速度 。
三、轻型钢结构厂房的优化设计
1. 刚架最优柱距的确定
刚架的柱距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关。随着刚架柱距的增大，刚架用钢量是逐步下降的，但当柱距增大到一定的数值后，刚架的用钢量随着柱距的增大其下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降后上升。大量计算数据表明：一般情况下，门式刚架的最优柱距为6—9 m，柱距不宜超过9m，超过9m屋面檩条与墙梁体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。因此，从综合分析的角度看，确定合理的柱距才能既节省钢材，又使设计真正做到定型化、专门化、标准化以及轻型化，从而推动门式刚架轻型房屋结构体系在我国的发展。
2．合理跨度的确定
在设计中，应该根据具体房屋的高度来确定合理的跨度，总体来说，当荷载和柱高一定时，我们在设计中就应适当加大房屋的跨度，这样一来，刚架的用钢量整体增加不明显，但却很大程度上节省了空间。通过大量计算得出：当檐口高度为7 m、柱距8．5 m，荷载情况完全一致的情况下，跨度在18—48 m之间的刚架单位用钢量为18～35 kg／m²，当檐口高度为12 m时(其他情况相同)，跨度在18—48 m之间的刚架单位用钢量(Q235一B)为25—40 kg／m²，因此，在工艺要求允许的情况下，设计人员选择方案时应选择较为经济合理的跨度，不宜盲目追求大跨度。
3. 截面优化设计
实现截面优化的方法主要有两种：
（一）穷举法。首先仔细计算和比较各种合理的构件截面形式，并在满足具体设计要求的情况下，以用钢量最少或造价最低作为控制条件，得到满意的截面尺寸。门式刚架常采用变化构件的截面来适应弯矩的变化以达到节约钢材的目的。除腹板的高度变化外，厚度也可根据需要变化，上、下翼缘可以用不同截面，相邻单元的翼缘也可采用不同的截面形式。因此，影响整个刚架用钢量的因素有上、下翼缘宽度、厚度，腹板的厚度，构件大头、小头的高度，而且这些因素之间也互相影响，互相不独立。工程设计从形式上来说，是一种非常严格的力学和数学方法的精确运算过程。
（二）用最优化理论。首先可以把问题归纳为一个单目标的问题，用钢量最少或造价最低最为优化的具体目标函数，应力、位移等可以作为约束条件，最后用我们的数学方法得到最满意的解。
事实上，结构设计中起重要作用的并不是那些运算方法和数学处理，而是一系列难以用精确的计算解决的、具有主观色彩的决策问题。所以，完全用最优化理论来解决截面优化设计有很大的复杂性。当设计人员决定了结构形式后，截面优化比较简单易行的方法是按照构件的内力来调整截面尺寸，经过试算来确定重量最小的截面。这种方法不但计算次数少，而且可以人工干预截面优化范围，快速的得到比较理想的截面尺寸。
4. 柱脚设计
轻钢结构柱脚形式有两种：即铰接柱脚和刚接柱脚。对于铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用，设计相对比较简单。但部分轻钢节结构厂房都有吊车，依据《轻钢结构刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：用于工业厂房且有5 t以上的桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接；《技术措施结构2003)规定：当设有桥式和梁式吊车时，轻钢结构刚架柱宜采用等截面构件，柱脚应设计成刚接。因此5 t以上的桥式和梁式吊车的门刚结构柱脚应设计成刚接；3 t及以下悬挂式吊车和无吊车的门刚结构，柱脚才可以设计成铰接。有较大吊车的房屋，柱顶位移较大，柱脚采用刚接，使得每榀刚架形成超静定结构，不但能减小柱顶位移而且具有更大的安全储备。对于高宽比和风荷载较大的无吊车门刚结构，柱脚也宜设计成刚接。
同时当柱底板与混凝土基础间的摩阻力不足以抵抗全部的水平剪力时柱脚还应设置抗剪键，抗剪键的设置需要计算。在基础施工时应留置键槽，键槽每侧宽出抗剪键不小于30 mm，底部空隙高度不小于20mm。在柱脚底板和基础顶面之间留有一定空间，柱脚铰接时不宜大于50 mm，柱脚刚接时不宜大于100 mm。
五．结束语
近年来，我国的建筑工程建设事业也在快速的发展着，同时由于近些年我国彩色刚的产量的增加，轻型钢逐渐在建筑工程中的应用越来越普遍，已经成为现代大跨度厂房的首选了。轻型钢门式钢架结构在建筑结构设计中是普遍存在的，因为这种结构设计具有很强的优势，是其他一些建筑结构设计所无法比拟的。但是这种钢结构设计在某些地区目前还不是很成熟，在建筑工程中的应用不是很好。因此，为了更大范围的发挥这种结构设计的优势，确保这种钢结构设计的质量，我们就需要对该种钢结构设计进行分析，克服在轻型钢门式结构设计中存在的问题，掌握其设计技术，使轻型钢门式结构设计得到更大的发展。
参考文献：
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[2] 贺剑 门式刚架轻钢结构厂房的鉴定与加固方法研究同济大学2008-03-01硕士
[3] 邹剑强; 付桂宏; 徐克利 设有100/20t吊车的重型钢结构厂房结构设计建筑结构2006-06-15期刊
[4]徐可心; 杨金澄 浅谈轻型门式钢架结构厂房的设计吉林省土木建筑学会2011年学术年会论文集2011-12-06中国会议
关键词：门式钢架；钢骨架轻型板；风荷载；平面外长度；
钢骨架轻型板(大型屋面板)由两部分组成，即钢骨架和轻质芯材。就大型屋面板而言，主肋是主要受力构件，可根据使用要求及荷载等级确定肋的断面尺寸。端肋为主肋端部约束肋，在制作过程中起模板作用，在正常使用情况下起提高板整体性作用。加强肋具有双重作用，不仅可作为受拉杆件，也可作为受压杆件，根据不同外力作用改变其受力性能。主肋、端肋和加强肋三者共同组成了一个合理的受力体系。钢骨架轻型板集轻质、承重、节能、防火、隔声、泄爆、抗震等功能于一体，既保持了传统钢筋混凝土构件安全度高、使用寿命长的优点，又满足了现代建筑对轻质、节能、环保的要求，具有良好的应用前景。
1．钢骨架轻型板与传统钢彩板性能比较
为较清楚的了解钢骨架轻型板的一些优势，本文与钢彩板做简单的对比。
1．1 防水、防锈蚀能力
现在的门式刚架厂房一般采用钢彩板较多，但是钢彩板因为厚度较薄，冬夏温度交替，变形较大，容易使钢彩板搭接部位产生缝隙，容易漏水。在水氧环境下，钢材极其容易腐蚀，造成安全隐患。钢骨架轻型屋面板连接部位采用细石砂浆灌缝，上部铺设水泥砂浆，密实性较好，可以起到良好的抗渗作用。
1．2 耐久性
钢彩板屋面，侧墙长期暴露在外，易腐蚀，很难满足建筑50年要求，往往十几年就要重新修整。需要耗费大量的人力物力财力。轻型钢屋面内部采用改性水泥珍珠岩复合芯材，耐久性较好。由于其材料性质，这种屋面板还兼备保温，隔声等作用，可用于某些特殊要求，如噪声较大，需另外加设吸声板的加工车间等。
1．3 防火性能
钢彩板需要架设檩条，檩条多为冷弯薄壁型钢，他的耐火极限最大一般在 。钢彩板轻骨料芯板采用改性水泥珍珠岩复合芯材，导热系数 ，耐火极限为 （1），优于钢彩板屋面结构形式。
1．4 施工方面
钢骨架轻型屋面板安装便捷，节省施工环节，可直接铺设在屋架梁上进行焊接连接，无需檩条，省去很多复杂节点（如拉条与檩条节点，檩托，天沟等）的制作与安装。钢骨架轻型屋面板施工速度最高可达2000平米/天。
2．新型结构体系计算要素分析
以钢骨架轻型板为围护结构的门式刚架屋面刚度大，梁上翼缘约束力较强。当然，在面对其优势的同时，这种结构与屋面为钢彩板的门式刚架结构仍存在一定差异，是否能够按照钢彩板门式刚架进行设计分析，本如下分析：
2．1 规范的采用
轻型屋面板的面荷载大约为 ，上设水泥砂浆及防水层，面荷载约为 。一般的钢彩板屋面恒荷载在 。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 102:2002）》（下文简称为CECS）（2）1.0.2中规定，此规程适用于轻型屋盖的门式刚架结构。CECS是否还是用轻型钢骨架围护结构门式刚架。
本文认为是否采用CECS规程取决于地震荷载是否起控制作用，陈绍蕃教授曾在修订钢结构规范时准对构件截面构造比值建议，如果地震力不起控制作用时，宽厚比可以服从钢结构规范中的规定，但当地震力起控制作用时，则应该考虑宽厚比按照抗震设计规范中的要求。很明显，由于屋面的加重，地震力已为结构抗力主要控制因素，对主体结构的延性有着更加严格的要求。《门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义》（3）普通门式刚架允许高度为18m，采用端板螺栓连接时，恒载不应超过72kg/m2。所以本文建议主结构的设计不宜采用CECS，应采用《钢结构设计规范》[4]，并按照《建筑抗震设计规范》[5]满足截面要求。
截面高宽比，往往不容易满足，可以布置竖向加劲肋，以达到节省材料的目的。
2．2 风荷载体形系数的确定
钢架的主体采用钢结构规范，这就有一个风荷载体形系数选用的问题，《荷载规范》与CECS中风荷载体形系数不同，风荷载系数的不同主要是因为低矮房屋地面的影响较大，只要房屋属于低矮房屋（低矮房屋：屋面平均高度不大于18米，房屋高宽比不大于1，檐口高度不大于最小水平尺寸的房屋）就可以采用CECS的风荷载系数进行计算[6]。本文依然建议采用CECS的风荷载取值。
2．3平面计算长度，隅撑的设置
门式刚架中，钢架梁按照压弯构件计算，扭曲破坏时压弯构件截面控制的一个重要因素，压弯构件的破坏除了平面长细比之外，构件的截面对构件的失稳影响也很大[7]。国内现有门式刚架大都采用的焊接H型截面，在抵抗平面内弯矩上可以充分发挥，但这种H型钢在压弯作用下很容易产生扭转，造成在弯矩很小时，屋面梁因为扭转而破坏。所以对于这种H型钢，需要有效的侧向支撑，门式刚架中常采用隅撑。
《CECS》6.1.6条规定，实腹式钢架斜梁按照压弯构件计算，平面外计算长度应取受压最大翼缘侧向支撑点间的距离；必须布置隅撑作为侧向支撑点。
因为轻型屋面板顶部平整，为保证顶部美观，或者因为施工的困难，所以有时候会取消隅撑的布置，对于此时钢架梁的平面外长度，需要分两部分进行分析：
⑴跨中平面外长度（上翼缘受压）：根据CECS规定，平面外长度取受压区侧向支撑间距，轻型屋面板一般为1.5m、1.2m两种规格，考虑一部分蒙皮效应，一般取值两倍檩条间距[8]。
⑵梁端平面外长度（下翼缘受压）：斜梁平面外长度取值Ly=0.4L0（L0为钢架跨度）[9]，在吊车图集上也采用0.4L0计算，但钢梁跨度过大时，易造成因稳定应力控制导致的用钢量过大。
2．4 柱间支撑
由于屋面荷载的增大，某些门式刚架特别是前文中提到的低矮结构，结构的应力主要由地震力控制，所以，设计时需要额外注意。另外由于钢骨架轻型板自身的特性，轻型钢屋架的挠度控制1/200（1/240），较钢彩板的1/150要严格。所以对于门式刚架斜梁按照1/240考虑较为合理。钢架柱顶位移限值，若同样采用轻型屋面板，设计值限值控制在1/100较好。
