轻型钢结构门式刚架的结构设计与优化设计

   摘要：目前国内应用最广泛的轻型钢结构既是门式刚架，它具有施工周期短、造价低、后
期维护费用低以及供货责任单一等优点，在工业建筑市场占有非常重要的地位，因此做好
门式刚架的结构设计与优化设计对广大钢结构设计人员非常重要，本文对门式刚架轻钢结
构设计中有关结构优化设计工作几个着手点进行了探讨。

 

　　关键词：轻型钢结构；结构优化设计；造价低

 

　　现在越来越多的轻型钢结构门式刚架被用在工业厂房、公路（铁路）库、仓库、飞机库、
集贸市场、现代农业建筑、现代牧野建筑、体育场馆、展厅、航空港、商业建筑中，这种广泛的
应用必将要求结构设计工作者具有扎实的专业功底、丰富的工程经验，能根据具体的工程实
际情况，对轻钢厂房进行结构设计优化，达到结构设计的最小用钢量。本文结合多年的设计
经验和有关资料，分析了不同跨度、不同柱距、不同檐口高度、不同材料等级、不同荷载及有
无吊车、吊车吨位大小等因素的变化对用钢量的影响，对轻钢厂房结构中哪些途径达到对结
构设计的优化。

 

　　

1 轻钢厂房优化设计中合理跨度的确定 

　　在轻钢厂房中跨度的合理选择将直接影响厂房的用钢量。不同的生产工艺流程和使用功
能在很大程度上决定着厂房的跨度，因此应根据厂房的使用功能和生产工艺条件来确定较
为合理的经济跨度。一般情况下，当柱高及荷载一定时，适当加大跨度，刚架的用钢量增加
并不明显，但节省空间，基础造价低，综合效益较为可观。通过大量计算发现当檐口高度为
6 米、柱距为 7.5 米、荷载情况完全一直的情况下（恒荷载为 0.5KN/m2，基本风压为 0.4 
KN/m2，无吊车荷载）跨度在 18~48 米之间的刚架单位用钢量（Q235-B）为 18~35kg/m2，
当檐口高度为

12m 时（其他情况一样），跨度在 18~48 米之间的刚架单位用钢量（Q235-

B）为 25~40kg/m2，当檐口高度超过 18m 时，宜采用多跨刚架，其用钢量较单跨刚架节约
16.7%左右，因此，设计者应根据具体要求在方案设计时选择较为经济的跨度。 
　　

2 轻钢厂房优化设计中合理柱距的确定 

　　在轻钢厂房中柱距的选择是否合理将直接影响厂房的用钢量。刚架的间距跟刚架的跨度、
屋面荷载、檩条形式等因素有关，当刚架跨度、屋面荷载、檐口高度、无吊车荷载、钢材标号等
情况相同的情况下，随着柱距的增加，刚架用钢量比例呈逐渐下降趋势，但当柱距增加到
一定数值后刚架用钢量随柱距的增加而下降的幅度较为平缓，而檩条、墙梁、柱间支撑等构
件随柱距的增大而增加，就房屋总用钢量而言，随柱距的增大先下降而后上升。一般情况下，
门式刚架常用柱距建议取

7~8m。当无吊车或吊车吨位较小时，柱距可取 7.5~8m；当吊车吨

位较大时，柱距可取

7~7.5m。笔者经过对多年工作的总结得出一个大致的结论，在通常情

况下，柱距取

7.5m 左右较为经济，小于 7m 或者超过 9m，结构总用钢量会明显增加。另外

还应在结构设计中考虑设计的标准化、定型化、品种规格化等因素的影响。

 

　　

3 轻钢厂房优化设计中科学的力学模型的确定 

　　门式刚架形式多种多样，钢柱可以是实腹式，可以是组合实腹式，也可以是格构式。梁
柱刚接节点中中和轴的选取对高强螺栓直径以及端板厚度都有很大的影响。柱脚的连接形式
一般多位铰接，多跨中柱可做成摇摆柱，柱子与基础做成铰接形式。但当柱子较高或有较大
吨位吊车时，为控制柱顶及牛腿顶面水平，一般可将柱与基础做成刚接形式。门式刚架梁柱
一般采用实腹式变截面，除腹板高度变化外，厚度也可以有变化；上下翼缘宽度及截面也