摘要：本文以一個單層輕型鋼結構廠房為例，結合筆者從事的結構施工圖審查、設計的實踐工作，介紹了單層輕型鋼結構廠房的結構設計方法、構造措施、以及一些注意事項。
　　
　　關鍵詞：門式剛架輕型房屋，結構設計，構造措施，注意事項
　　
　　一、工程概況
　　本工程平面尺寸為138m*76m，檐口標高為11.0m,柱網平面、門架立面分別如圖一、圖二。工程位于廣東佛山，抗震設防烈度為7度第一組，設計基本地震加速度值為0.10g，擬建場地為III類場地，結構抗震等級為三級。基本風壓為0.5kN/m2。屋面和墻面采用彩鋼板做維護結構。樁基礎采用預應力管樁基礎。
　　圖一：柱網平面
　　

　　
　　圖二：門架立面及構件截面圖
　　二、結構分析和計算
　　取計算簡圖如圖三，用PKPM系列中的STS程序進行內力分析。考慮恒荷載和活荷載為0.2kN/m2和0.3kN/m2錄入；左風時，風荷載體型系數按圖三所示數值，并考慮風壓高度系數計算錄入；鋼梁平面外計算長度按隅撐間距3.0m錄入。計算經調試，選用如圖二所示截面的構件時，各項指標均滿足要求。其中，鋼梁截面是由強度控制，作用彎矩與考慮屈曲后的強度抗彎承載力之比為0.95；鋼柱截面是由平面外穩定控制，邊柱和中柱的平面外穩定應力之比分別為0.96和0.94。
　　
　　圖三：計算簡圖和左風時風荷載體系系數
　　
　　在結構分析和計算中要注意的是：計算簡圖的合理簡化，風荷載體型系數的選用，計算長度的正確選取。
　　1. 計算簡圖的合理簡化
　　計算簡圖的假設一定要與實際相符。本工程為全鋼結構，節點之間采用高強螺栓連接，構件之間容易實現軸力、彎矩、剪力的傳遞，采用如圖三所示的簡圖。如果本工程采用鋼梁混凝土柱結構，考慮到節點的做法和內力的傳遞，則采用如圖四所示的計算簡圖才比較合理。
　　
　　
　　圖四：計算簡圖（混凝土柱鋼梁）
　　
　　2. 風荷載體型系數的正確選用
　　門剛技術規程給出的剛架風荷載體型系數，有一定的適用范圍，超出該范圍，仍按荷載規范取值，才比較安全。例如檐口高而跨度小，即“瘦高”的工程，應按荷載規范取風荷載體型系數。另外，因建筑方案的千變萬化，荷載規范也往往不能窮舉各工程的體型，那么，工程師就要根據實際情況，給出合理判斷，選用較為偏安全的體型系數了。如圖五，是筆者曾處理的一個工程，體型系數是結合規范和個人判斷給出，列出來供參考。
　　
　　
　　圖五：某工程體型系數實例（上圖為左風，下圖為右風）
　　
　　3.計算長度的正確選取
　　構件平面外的選取，應該與工程實際相符。門式剛架梁和柱構件，均按照壓彎構件進行強度和穩定的驗算。對于平面外穩定驗算，計算長度是個密切相關的因素。而平面外計算長度，應取側向支承點間的距離。絕大部分設計工程師均認同支撐系統的壓桿可以作為平面外的側向支撐點；而對于隅撐是否可以作為平面外的側向支撐點，設計工程師們有比較大的分歧。筆者不認同簡單一刀切的認為隅撐“是”、或“否”作為平面外的側向支撐點，這個問題要具體問題具體分析。隅撐能作為平面外的側向支撐點的兩個要素，一是屋面板有一定的剛度，二是屋面板與鋼梁是可靠連接。我們目前用得比較多的壓型鋼板、彩鋼板、水泥纖維瓦等，均可認為有一定的剛度；而屋面板與檁條的連接，通常采用自攻釘連接或螺栓連接，則認為是可靠連接。如果屋面板體系為浮動式，例如用板扣合的方式連接，則認為連接不可靠，也就不能認為隅撐是平面外的側向支撐點了。
　　
　　三、構造措施
　　1.支撐系統
　　本工程分別在端開間和縱方向兩個1/3處，共設置4道柱間支撐和水平支撐。需要注意的是，門式剛架不需要考慮溫度應力，柱間支撐的設置，與普通鋼結構工程是有區別的。在設置柱間支撐的開間，一般同時設屋蓋水平支撐，以組成幾何不變體系；在水平交叉之間設剛性系桿，也是為了組成幾何不變體系。支撐系統傳遞水平力，通常可以通過計算風力的傳遞來確定截面。
　　另外要注意的是，山墻抗風柱與鋼架的連接，應該是位于橫向支撐剛性系桿處，也就是水平支撐的邊節點處。如果不在此處，設計工程師應采取其它措施和經過必要的驗算。例如可以根據具體情況設置傳遞梁，或在支撐交叉點處增加桿件，以傳遞抗風柱傳來的水平力。
　　2.屋面系統
　　本工程屋面檁條和墻面墻梁均采用C型冷彎型鋼，其中屋面檁條邊角區和中間區的型號分別選用C160*70*20*3和C160*60*20*2.2，跨度6m，間距1.2m，設2道直拉條。
　　需要注意的是，直拉條的設置，是設計中的一個關鍵。在輕鋼結構中，風吸力作用下檁條的受壓穩定驗算通常是個控制要素，而設兩道拉條，比僅設一道拉條，縮短了拉條間的距離，根據門規相關驗算公式，更容易保證風吸力作用下檁條的受壓穩定驗算。另一方面，拉條承受屋面線荷載沿坡度方向的分量（檁條承受屋面荷載垂直坡度方向的分量），在屋脊處，為了使兩個坡度方向的分量在屋脊處平衡，應將屋脊處兩根脊檁連成整體。
　　對于斜拉條和直撐桿的設置，檐口處是必須設置的，這是為了防止檁條向屋脊方向彎扭失穩。在屋脊和天窗缺口處，則要根據實際情況決定是設置或不設置斜拉條和直撐桿，一般跨度不大、屋面對稱、坡度較小，則可以免設屋脊處的斜拉條和直撐桿，但由于本工程是采用了兩道拉條，雖是屋面對稱，但荷載的分量不對稱，所以還是在屋脊處增設了斜拉條和直撐桿。
　　3.關于隅撐
　　屋面平面，本工程從檐口位置起，每隔一個檁條，設置一對隅撐。
　　墻面平面，在檐口位置，是門剛結構的柱和梁的交接點，彎矩在此達到最大值，此處最容易出現屈曲，從而引起門剛的破壞，所以，在檐口附近的柱內翼緣，設置隅撐是十分必要的。但此位置的隅撐常常為設計工程師所忽略和丟漏，應該引起注意。
　　總結一下，我們在布置支撐體系以及隅撐的常用步驟和方法，是首先根據房屋的適用要求布置抗風柱，然后根據抗風柱柱頂位置布置屋面水平支撐的節點和支撐桿件。因為剛架斜梁允許在任意位置布置屋面水平支撐的節點，屋面水平支撐的交叉斜桿為柔性拉桿，通常為張緊的鋼筋，與剛架斜梁的連接較為簡單，可以不必等間距布置，這是門式剛架與普通鋼結構屋架的不同之處。另外要注意的是，在抗風柱與剛架斜梁連接處，剛架斜梁下翼緣也應設置隅撐。
　　四、結語
　　本文以一個工程實例為基礎，結合筆者在審圖工作中遇到的常見問題，作出了探討、總結和提醒，希望設計師們在處理類似工程項目時，能思路清晰，概念清楚，同時注意常見設計問題，采取相應措施，更快更好地處理類似問題。
　　
　　參考文獻：
　　1. 《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》中國計劃出版社2003年3月
　　2. 《建筑結構荷載規范》中國建筑工業出版社2002年3月
　　3. 《全國民用建筑工程設計技術措施（結構）》中國計劃出版社2003年1月