浅谈大跨度门式刚架结构的设计方法
摘要：本文围绕大跨度门式刚架结构的设计方法提出了一些使设计更具经济性的建议。
关键词：门式钢架；设计方法；经济性
1.门式刚架结构房屋的应用概况
近年来门式刚架结构房屋以其造价低廉施工快捷，（钢结构设计培训）从而得到了广泛普及，通过多年的设计实践，对门式刚架结构设计有了一些心得，现在仅就大跨度门式刚架（指跨度大于30m）的设计方法谈一些见解：众所周知，就钢结构的设计而言，比较钢筋混凝土结构设计，钢材材质更具各向同性，其计算结果与理论值更接近。
2.大跨度门式刚架结构的特点
对大跨度门式刚架而言，因为跨度大在相同的线荷载作用下，其内力及变形与中小跨度的门式刚架相比差异还是较大的，尤其是边跨相差更大，所以边跨梁的布置应有很大区别，中小跨度的门式刚架其边跨梁的布置一般为两端变截面中间等截面。而如果大跨度的门式刚架边跨梁也如此布置，为使强度及挠度满足规范要求，则其含钢量会大幅增加，因此大跨度的门式刚架边跨梁中部也应采用变截面，即两端支座及跨中截面大，截面随弯矩图变化，这样能用较少的钢材满足边跨的强度及挠度的要求。
3.大跨度门式刚架结构的设计
以下就笔者主持设计的几个较大跨度的门式刚架结构工程谈一些体会：一某厂房为三跨门式刚架结构，跨度均为32m，檐口标高6.9m，屋面坡度5%，柱距8.1m，计算模型为柱脚均为铰接，中间两根圆截面摇摆柱。在计算中发现两边跨的强度及挠度起控制作用，为满足强度及挠度要求，按中小跨度门式刚架的思路布置梁柱为达到边跨强度及挠度的设计要求，含钢量会增加较多，很不经济。后来边跨梁截面改为随弯矩图变化，即两端支座及跨中截面大，这样在满足强度及挠度的要求情况下，含钢量大为减小。对于大跨度的门式刚架，钢材应选用Q345高强度钢，因为大跨度的门式刚架一般均为强度起控制作用。另外梁截面的布置也有讲究，一般规律是板件尽量不要太厚，截面高度应高一些，这样对控制挠度作用很明显。总之对于大跨度门式刚架的设计，要经过不断的试算与调整才能达到较合理的状态：各个截面的钢材强度均得到充分的利用，经济性得到充分的体现。
此外大跨度门式刚架结构的柱间支撑有时受到工艺专业的限制，不能做成剪刀撑，只能做成门式支撑，笔者主持设计的几个较大跨度的门式刚架结构工程的柱间支撑均为门式支撑，门式支撑可以做成纵向单跨门式刚架结构，其柱脚一般做成铰接，当为圆柱且柱高较大时也可做成刚接柱脚。门式支撑含钢量稍大，但比起其他形式的柱间支撑可利用的空间更大，且更为美观，其性价比还是很高的。
再有对于梁截面宽度的取用，一般取决于其平面外计算长度，而刚架梁平面外计算长度通常取3m，而《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》6.1.6条第6条规定：斜梁不需计算整体稳定性的的侧向支撑点间最大长度，可取斜梁受压翼缘宽度的13.2倍（Q345）。如果按此要求确定梁宽，如钢材选用Q345则梁宽最小应为240。有些设计人员据此进行门式刚架结构的设计，结果含钢量总是居高不下，究其原因，规程指的是斜梁不需计算整体稳定性的的侧向支撑点间最大长度，就是说按此设计是不需要计算斜梁整体稳定性的。而现在程序是可以计算斜梁整体稳定性的。所以在选用梁截面宽度时可以不受此条的限制，只要斜梁整体稳定性计算能通过即可。这样门式刚架结构的设计将更加具有经济性。
再举一例某厂房为五跨门式刚架结构，跨度为（2x28m+26m+2x28m）檐口标高6.9m，屋面坡度5%，柱距8.4m，计算模型为柱脚均为铰接（带柱间支撑的中柱柱脚为刚接），中间四根圆截面摇摆柱，在设计中两边跨梁的界面选取同上例，只是对梁宽的取用进行了进一步的优化，即各个梁段拼接处高度相同，但宽度不同或板件厚度不同，这样做使各梁段钢材强度得到充分利用，更具经济性。
另外对于屋面檩条的设计笔者认为，当柱距较大且吊挂荷载较多时，采用Q345连续Z形檩条是更经济的，此种情况下均为强度控制，当有吊顶时，挠度因素也应注意。对于跨度较小荷载不大且为起挠度控制作用的檩条，一般采用Q235钢材较经济。
4.结论
综上所述对大跨度门式刚架结构设计应结合其受力特点，经过反复试算确定其各梁柱截面尺寸，只有如此才能做到安全与经济性的完美统一，使每一个设计作品成为经得起检验的优秀作品。的设计方法谈一些见解：众所周知，就钢结构的设计而言，比较钢筋混凝土结构设计，钢材材质更具各向同性，其计算结果与理论值更接近。
2.大跨度门式刚架结构的特点
对大跨度门式刚架而言，因为跨度大在相同的线荷载作用下，其内力及变形与中小跨度的门式刚架相比差异还是较大的，尤其是边跨相差更大，所以边跨梁的布置应有很大区别，中小跨度的门式刚架其边跨梁的布置一般为两端变截面中间等截面。而如果大跨度的门式刚架边跨梁也如此布置，为使强度及挠度满足规范要求，则其含钢量会大幅增加，因此大跨度的门式刚架边跨梁中部也应采用变截面，即两端支座及跨中截面大，截面随弯矩图变化，这样能用较少的钢材满足边跨的强度及挠度的要求。
3.大跨度门式刚架结构的设计
以下就笔者主持设计的几个较大跨度的门式刚架结构工程谈一些体会：一某厂房为三跨门式刚架结构，跨度均为32m，檐口标高6.9m，屋面坡度5%，柱距8.1m，计算模型为柱脚均为铰接，中间两根圆截面摇摆柱。在计算中发现两边跨的强度及挠度起控制作用，为满足强度及挠度要求，按中小跨度门式刚架的思路布置梁柱为达到边跨强度及挠度的设计要求，含钢量会增加较多，很不经济。后来边跨梁截面改为随弯矩图变化，即两端支座及跨中截面大，这样在满足强度及挠度的要求情况下，含钢量大为减小。对于大跨度的门式刚架，钢材应选用Q345高强度钢，因为大跨度的门式刚架一般均为强度起控制作用。另外梁截面的布置也有讲究，一般规律是板件尽量不要太厚，截面高度应高一些，这样对控制挠度作用很明显。总之对于大跨度门式刚架的设计，要经过不断的试算与调整才能达到较合理的状态：各个截面的钢材强度均得到充分的利用，经济性得到充分的体现。
此外大跨度门式刚架结构的柱间支撑有时受到工艺专业的限制，不能做成剪刀撑，只能做成门式支撑，笔者主持设计的几个较大跨度的门式刚架结构工程的柱间支撑均为门式支撑，门式支撑可以做成纵向单跨门式刚架结构，其柱脚一般做成铰接，当为圆柱且柱高较大时也可做成刚接柱脚。门式支撑含钢量稍大，但比起其他形式的柱间支撑可利用的空间更大，且更为美观，其性价比还是很高的。
再有对于梁截面宽度的取用，一般取决于其平面外计算长度，而刚架梁平面外计算长度通常取3m，而《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》6.1.6条第6条规定：斜梁不需计算整体稳定性的的侧向支撑点间最大长度，可取斜梁受压翼缘宽度的13.2倍（Q345）。如果按此要求确定梁宽，如钢材选用Q345则梁宽最小应为240。有些设计人员据此进行门式刚架结构的设计，结果含钢量总是居高不下，究其原因，规程指的是斜梁不需计算整体稳定性的的侧向支撑点间最大长度，就是说按此设计是不需要计算斜梁整体稳定性的。而现在程序是可以计算斜梁整体稳定性的。所以在选用梁截面宽度时可以不受此条的限制，只要斜梁整体稳定性计算能通过即可。这样门式刚架结构的设计将更加具有经济性。
再举一例某厂房为五跨门式刚架结构，跨度为（2x28m+26m+2x28m）檐口标高6.9m，屋面坡度5%，柱距8.4m，计算模型为柱脚均为铰接（带柱间支撑的中柱柱脚为刚接），中间四根圆截面摇摆柱，在设计中两边跨梁的界面选取同上例，只是对梁宽的取用进行了进一步的优化，即各个梁段拼接处高度相同，但宽度不同或板件厚度不同，这样做使各梁段钢材强度得到充分利用，更具经济性。
另外对于屋面檩条的设计笔者认为，当柱距较大且吊挂荷载较多时，采用Q345连续Z形檩条是更经济的，此种情况下均为强度控制，当有吊顶时，挠度因素也应注意。对于跨度较小荷载不大且为起挠度控制作用的檩条，一般采用Q235钢材较经济。
4.结论
综上所述对大跨度门式刚架结构设计应结合其受力特点，经过反复试算确定其各梁柱截面尺寸，只有如此才能做到安全与经济性的完美统一，使每一个设计作品成为经得起检验的优秀作品。