摘要 对轻型钢结构门式刚架设计中常遇的一些问题进行了探讨，供设计人员参考。
关键词 轻型钢 结构门式 刚架
DISCUSSION 0N DESIGN oFPoRTAL FRAM ESoF LIGHT-W EIGHT STEEL STRUCTURES
ABSTRACT Someproblemesthatoften arefacedindesignofportalfram esoflight—weightsteelstructurse arediscussed，which maybea referencefordesigners．
KEY W ORDS light—weightsteelstructure po rtalfram se
轻型钢结构门式刚架(简称轻钢门式刚架)采用了轻型材料，因而结构自重轻，基础造价低；同时，钢材耗量少，主钢结构的造价也相对较低。另外，轻钢门式刚架工业化生产程度高，施工速度快，对环境的污染小。因此，轻钢门式刚架在工业厂房、仓库、飞机库、集贸市场、体育场馆、航空港和商业建筑中越来越得到人们的青睐。本文对轻钢门式刚架设计中常遇到的一些问题进行探讨，并提出自己的看法，希望能供同行们在处理类似问题时参考。
1轻钢门式刚架的柱脚采用铰接还是刚接
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102：2002)第4．1．4条规定：“门式刚架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。”但笔者认为：门式刚架的柱脚是采用铰接还是刚接还要看房屋的高度和风荷载的大小，如果房屋的高度较大而风荷载也较大，就是无吊车，如柱脚采用铰接，柱顶位移较大，为控制柱顶位移要增大梁柱断面，增加用钢量；另外，门式刚架的柱脚是采用铰接还是刚接还要考虑土质情况及基础造价。一般采用刚接柱脚，由于基础要承受较大的偏心弯矩，基础的平面尺寸和造价较采用铰接柱脚的基础要大，土质情况差的时候，相差会更大。因此，选用何种柱脚形式要根据房屋的高度、风载大小、有无吊车、吊车的吨位和工作情况及土质情况等综合考虑。
2关于柱问支撑的设置问题
轻钢门式刚架房屋是否必须设置柱间支撑?从理论上讲，如果设计成双向刚接框架，且在水平力作用下，柱顶位移满足“规范”(CECS102：2002)要求，可以不设置柱间支撑。但是，对于同一结构，一种情况设置柱间支撑，另一种情况不设置柱间支撑，通过计算机建模分析可发现，不加支撑时，大部分节点的变形值是设柱间支撑时的5～10倍；因此，为控制柱顶位移，不设柱间支撑时，往往要增加柱、梁的截面，从而增加结构的用钢量。另外，设置柱间支撑还可以提高钢结构的抗震性能；纵向设计成刚接刚架，也不容易实现。因此，轻钢门式刚架房屋宜设置柱间支撑。在设计集贸市场时，四周布置店面，外墙往往不允许设置交叉或斜向支撑，此时，可在需设置柱间支撑的柱间设置一小刚架，该刚架柱脚设计成刚接，柱顶与相邻柱铰接相连，通过此小刚架来传递纵向水平力，即用此小刚架来代替柱间支撑。
设中间摇摆柱的门式刚架，如果边柱柱间支撑、屋面支撑等均已设置，需设中柱的柱间支撑吗?设不设中柱柱间支撑从理论上讲不是绝对的，只要边柱有支撑，屋面有支撑，并形成一个空间体系，只要此体系有足够的平面刚度、侧向刚度，且有足够的承载力，能保证中柱的平面外稳定，中柱当然可以不设支撑。如果工艺允许，中柱还是应设置柱间支撑，这样各柱列纵向刚度较均匀，纵向水平力传力途径较短，结构用钢量少，较为经济。如果受工艺限制，厂房中柱不允许设置柱问支撑，此时为保证中柱纵向有一定的刚度，应将中柱纵向设计成刚接刚架，或在柱顶设置桁架，纵向设置成类似框架的结构形式；并取刚架的计算长度作为中柱的平面外计算长度进行计算；同时，边柱的柱问支撑、屋面支撑应按空间分析来确定。
3能否考虑围护砖墙对钢柱的平面外约束作用
轻钢门式刚架厂房，当四周采用砖围护墙时，一般在钢柱外皮设置构造柱，在窗顶设置通长圈粱，圈梁和构造柱浇为一体。此种情况，能否将圈梁作为钢柱的平面外支承点?有些人认为由于圈梁和钢柱通过可靠连接(如圈梁里的拉结筋和钢柱外皮相焊)，因此圈梁可以作为钢柱的一个平面外支承点，甚至还可考虑砖围护墙对钢柱的平面外约束作用。
但笔者认为上述观点值得商榷。理由如下：1)假定混凝土圈梁和砖墙能对钢柱平面外起到约束作用，其作用点在钢柱的外皮，而钢柱主要是内皮受压，效果显然不好。2)由于砖墙、混凝土与钢构件是完全不同的材料，在最不利荷载的作用下，可能会引起砖墙、混凝土较早开裂，使钢柱失去侧向的约束作用，从而造成钢柱平面外失稳。一般宜采用设置系杆的方法来减少柱平面外计算长度。需注意的是系杆不能互为支撑，系杆必须连到合适的支撑体系(如柱问支撑)或结构某个独立稳定的部分。
4有关檩条兼做刚性系杆的问题
檩条能否兼做刚性系杆，从理论上讲应该是可以的。但必须按压弯构件计算且满足压弯构件的刚度要求；此时，其弱轴回转半径应加大，通常是选2根C型檩条背靠背采用螺栓或焊缝连接起来，组成一个类似工字型的组合截面。檩条兼做刚性系杆，檩条与钢梁的连接也很重要，如采用M12的普通螺栓，一般檩条为2．0～3．0mm厚，即使螺栓抗剪足够，板件的承压也不能满足。因此，该处应采用摩擦型连接的高强螺栓(8．8级)，且檩条上不能开长圆孔，因为檩条上开长圆孔后将无法传递轴力，故应按摩擦型连接螺栓要求开孔(比螺栓公称直径大1．5-2．0mm)。钢结构为安装方便，在檩条上几乎都开长圆孔，在此情况下，就不宜用檩条兼做刚性系杆，而应采用钢管、H型钢或其他截面的杆件做刚性系杆。
5屋面排水问题
轻钢厂房因天沟排水不畅而溢水至室内，影响正常使用的情况偶有发生，分析其原因主要是设计不尽合理。在混凝土屋面上，内天沟里的水涨到屋面上，一般也不会出现漏水问题，因此《建筑给水排水设计规范》(GB50015—2003)规定雨水管道的设计重现期仅为一年，立管排泄不完的雨水，允许涨出天沟通过屋面从厂房山墙上的安全溢水口排泄。而轻钢厂房的屋面板和天沟都是预制钢构件，板缝的密封性能远远不如混凝土屋面，因此在设计屋面排水时，不宜套用混凝土屋面排水的传统概念，如屋面面积每200m设一根雨水管等。轻钢厂房的屋面排水宜尽量不用内天沟排水，多跨厂房也采用两坡屋面，在特大暴雨时雨水管排不完的雨水可从外天沟的外侧排到地面，确保厂房内不漏水。另外，宜每一个柱距设置一根雨水管。
