【摘要】本文笔者根据自己的工作实践，（钢结构设计培训）阐述了钢结构厂房设计的一般规定及荷载，分析了钢结构门式刚架的设计，有重要的参考价值。
【关键词】钢结构厂房；门式刚架
引言
钢结构厂房在我国工业建筑中应用越来越普遍，并逐渐向复杂化、大型化、多功能化方向发展。门式刚架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、商业等工业建筑中。下面笔者以钢结构门式刚架的设计为例，对钢结构厂房的设计进行了探讨。
一、钢结构厂房设计的一般规定及荷载
（1） 《钢结构设计规范》规定，工业与民用房屋和一般构筑物钢结构的设计，除疲劳强度计算外，应采用以概率理论为基础的一次二阶矩极限状态设计方法，并用分项系数的设计表达式进行计算。值得注意的是对于不同的荷载和不同的极限状态，这些分项系数具有不同的数值，同样不同的材料也具有不同的材料抗力分项系数。极限状态设计法是建立在统一的可靠度指标上的，因而使结构具有一致的有效概率，能得到更为合理的荷载及其效应组合，从而获得更为经济和安全的设计结果。
（2）结构或者构件能满足设计规定的某一功能要求时称为临界状态，当超过这一状态时便不再满足设计要求，故称这一临界状态为结构的极限状态。承重结构应按承载能力和正常使用两种极限状态进行设计。当结构或者构件达到最大承载极限或者是到了不再适合继续承受荷载的变形状态时就称为承载能力极限状态；当结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的极限状态，比如钢构件中包括变形、振动等等，这就称为正常使用极限状态。
（3）设计钢结构时，应根据结构破坏可能出现的后果，采用相应安全等级。普通民用和工业建筑钢结构在设计中采取二级的安全等级，针对某些特殊的建筑钢结构则要结合实际情况选取合理的安全等级。
（4）结构构件或连接在进行承载能力极限状态计算时，不仅要对荷载基本效应组合进行考虑，必要时还要对荷载偶然效应组合进行考虑。对结构的稳定性与强度进行荷载基本效应组合的计算时，一般极限状态设计的表达式为：
式中r0为结构的重要性系数，应按《建筑结构可靠度设计统一标准》的规定采用；S为荷载效应组合的设计值；R为结构构件抗力的设计值。
（5）用正常使用极限状态对钢结构进行计算时，荷载效应标准组合应给予考虑，对钢与混凝土组合梁，应考虑准永久组合。一般表达式为：
式中C为结构或构件达到正常使用要求的规定限值，如变形、振幅、加速度、应力等的限值。
（6）计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值；计算疲劳和正常使用状态的变形时，应采用荷载标准值：计算变形时可不考虑螺栓（或铆钉）孔引起的截面削弱，荷载的设计值和标准值应按《建筑结构荷载规范》采用。
（7）计算承重钢结构时，还应考虑下列情况：对于直接承受动力荷载的结构，计算强度和稳定性时，动力荷载值应乘以动力系数；计算疲劳和变形时，动力荷载标准值不乘动力系数。动力系数应按《荷规》相关规定采用。
二、钢结构门式刚架的设计
1、结构组成
门式刚架钢结构厂房一般由横向刚架、支撑体系、围护结构等组成，有时还设有托梁、吊车梁、制动梁（或制动析架）等，并由这些构件组成空间刚性体系。这些构件按其作用可分为：
（1）横向刚架：由柱和屋面斜梁组成，是门式刚架的主要承重体系，承受结构自重、风荷载、雪荷载、地震作用、吊车的竖向与横向荷载及其他活荷载，并把这些荷载传递到基础。
（2）支撑体系：包括屋面支撑和柱间支撑，它一方面与柱、吊车梁等组成门式刚架钢结构的纵向受力体系，承担风、吊车、地震作用等的纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由单个平面结构连成空间整体结构，从而保证了门式刚架钢结构所必需的刚度和稳定。
（3）围护结构：屋面檀条和墙梁是围护材料的支承结构，主要承受围护材料的自重及风荷载：同时也为横向刚架提供了部分侧向支承。
（4）托梁：当某榀刚架中的柱因为建筑挣空需要而被抽掉时，需设置托梁，托梁通常横跨在相邻的两榀刚架柱之间，支承己抽柱位置上的刚架斜梁。
（5）吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向刚架和纵向受力体系上。
2、结构布置
（1）建筑尺寸
门式刚架的跨度取横向刚架柱轴线间的距离，一般主要依据工艺和建筑要求而定，宜采用9-36m，并以3m为模数；门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，一般宜取6m， 7.5m或9m；门式刚架的高度应根据使用要求的室内净高确定，有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空的要求确定，宜取4.5～9m，必要时可适当放大。
门式刚架钢结构的构件和围护结构通常刚度不大，温度应力也相对较小，因此其温度分区与传统结构形式相比可适当放宽，但应符合下列规定：纵向温度区段的长度应该小于300m，横向温度区段的长度应该小于150m，如果有相关的计算根据，温度区段的长度可以相对加大点。如果房屋的平面尺寸超过上述规定，需设计伸缩缝，伸缩缝的两种做法为：（a）设置双柱；（b）在檀条的搭接处螺栓连接选择长圆孔，同时在构造上允许屋面板该处发生胀缩。
（2）檀条和墙梁的布置
通常情况下屋面处的檀条应该布置成等间距。然而屋脊处，除了应该在屋脊两侧分别布置檀条外，同时还应于天沟处设置一道檀条，前者是为了防止屋面板外伸宽度过长，后者是为了固定天沟。在计算檀条间距时，不仅要考虑天窗、采光带、屋面材料的影响，还要考虑通风屋脊、檀条形式等因素。
（3）支撑及刚性系杆的布置
在每一个分期建设的区段或者温度区段中，都应该布置相应的支撑体系，而且要求这种支撑体系能够独立地形成稳定的空间结构；布置柱间支撑相应的开间时，为保证它是一个几何不变体系，通常也要对其设置屋盖横向支撑；端部支撑通常布置于温度区段端部，如果将它设计在第二个开间，那么应该将若干刚性系杆布置在第一个开间的相应位置；通常先对房屋的纵向受力情况进行分析，然后结合房屋的安装条件，再进行柱间支撑的间距选取，通常取30-45m；如果设置了吊车则应该小于60m；45℃的支撑斜杆可以高效地传递水平荷载。假若房屋高度比较大，那么应该分层设置柱间支撑：假若房屋的宽大于60m，通常应该在内柱列设置支撑；宜沿房屋的全长在刚架屋脊和柱顶等转折部位布置若干刚性系杆；对于以支撑斜杆等为组成构件的水平析架而言，直腹杆应该考虑成刚性系杆；刚性系杆可由檀条兼作，当刚度或承载力不足时可在刚架斜梁间设置钢管、H形钢或其他截面形式的杆件。
结语
总之，我们在结构设计时应重视结构概念设计，应运用结构概念设计从整体上把握结构各项性能，优化结构选型、合理布置结构构件，正确分析和处理结构计算结果，并辅以必要的构造措施，确保结构的安全性、经济性和合理性。