钢管混凝土柱论文
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钢管混凝土柱论文范文第1篇
1 引言
方钢管混凝土的研究开展的较晚，各方面的理论还不够成熟和完善，以往的研究主要集中在试验研究上，本文采用有限元分析对方钢管混凝土柱的设计和施工提出合理建议，克服试验的不足。考虑到钢管混凝土是由钢管和混凝土两种不同材料所组成，混凝土和钢管之间有相对滑移，引入一种能反映钢管和混凝土两者间界面性能的单元----粘结单元，它能比较真实地反映方钢管混凝土柱的受力性能。
2 有限元模型的建立
本文模拟框架结构中间层的中柱，截取了方钢管混凝土柱从梁顶面到柱反弯点处的部分为研究对象。为了深入分析钢管混凝土柱的受力性能，充分考虑我国有关规范的规定，依据常见的工程实例设计了4个试件，采用大型商用有限元软件ANSYS对其受力性能进行了非线性有限元模拟。
2.1模型的几何尺寸
为了研究长细比对方钢管混凝土柱的受力性能影响，以BASE试件为基础，设计了ZG系列试件，详细尺寸见表1。
表1 试件尺寸明细表
试件名称
柱宽度
（mm）
柱高度
（mm）
管壁厚度（mm）
混凝土强
度等级
轴压比
钢 材
牌 号
ZG-1
500
1650
16
C50
0.5
Q345
BASE
500
1800
16
C50
0.5
Q345
ZG-2
500
1950
16
C50
0.5
Q345
ZG-3
500
2100
16
C50
钢管混凝土柱论文范文第2篇
关键词：钢管混凝土柱节点；穿心牛腿；施工工艺
Abstract: the article introduces the reinforcement with rings wear heart dark concrete filled steel tube column of the node design Suggestions and construction technology process. Node including dark wear heart legs, ring ribs, plate steel beam radiation, advocate muscle screw sleeve. This node power transmission directly, high strength, good ductility, construction is convenient, has the very good engineering application prospects.
Keywords: concrete-filled steel tube column node; Wear the heart; Construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：
钢管混凝土构件具有优越的力学性能[1-2]，在工程中有广泛的应用。钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点设计，直接影响到结构的整体刚度、受力性能和安全性，也影响到施工的难易和工程进度，因而成为钢管混凝土结构设计中的关键环节。本文提出带环筋的穿心暗牛腿钢管混凝土柱节点不带环梁，能很好地满足建筑及装饰设计要求，而且经过试验与有限元分析，发现此节点具有传力直接、强度高、延性好等特点[3-4]，有很好的工程应用前景。
0. 节点做法
钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点结构包括暗穿心牛腿、环筋、板放射筋、梁主筋螺纹套筒，如图1所示。所述暗穿心牛腿穿过钢管在钢管内部焊接，与钢管相交部分亦双面焊接，环筋焊接在钢管外侧钢牛腿上，板放射筋端部弯折钩在环筋上，并伸至板底（图2），梁主筋螺纹套筒焊接在钢牛腿端部与主筋位置重合（图3）。为了更好地实现本实用新型，暗穿心牛腿的焊接全部采用双面角焊缝。环筋焊接在钢管外侧20毫米处，钢牛腿上侧。板放射筋端部弯折成90度钩在环筋上，并用钢丝绑定，伸至板底。所述梁主筋螺纹套筒全长角焊缝焊接在钢牛腿上，与主筋位置严格平行，螺纹套筒内径与主筋直径相同。
图1
图2
1．设计建议
1.1 工字型钢牛腿的截面设计
钢牛腿的高度和宽度根据所连接的钢筋混凝土梁的尺寸来确定，如图4所示各项参数：
1.1.1工字型钢牛腿的宽度
钢牛腿在钢管外的部分，其宽度等于钢筋混凝土梁的宽度减去左右保护层的厚度：
――保护层厚度，一般可取25mm。
图4 横截面 图5 图3 梁筋与牛腿连接
在钢管内部，由于混凝土的作用，其应力逐渐减小，相应钢牛腿的宽度也可以减小至一半，以节省材料。如图5所示。
1.1.2 工字型钢牛腿的高度
（5-2）
、――钢板翼缘上焊接的螺纹套筒外直径。
当相连的钢筋混凝土梁的主筋有两排时，可在翼缘内部再焊接一排。
1.1.3钢牛腿伸出钢管的长度
根据环筋的焊接位置和螺纹套筒的长度来确定。
1.1.4钢牛腿钢板厚度的确定
根据构件设计承载力、焊缝高度等选择钢板的厚度。
1.1.4.1 抗弯强度验算[5]
――截面塑性发展系数；
――翼缘对轴心的惯性矩，
――腹板对轴心的惯性矩，
――钢材的抗弯强度设计值。
同时尚应满足钢板的受拉承载力大于所连接所有钢筋的最大承载力[5]：
――钢筋混凝土梁受拉钢筋的总截面积；
――受拉钢筋的抗拉强度设计值。
1.1.4.2 抗剪强度验算[5]
――钢筋混凝土梁承受的最大剪力设计值；
――截面面积矩，此处为钢牛腿轴以上截面对中和轴的面积矩， ；
――腹板厚度；
――钢材的抗剪强度设计值。
1.2 放射筋和环筋的设计
放射筋按构造配置，其直径可与板负筋相同，数量根据钢管的直径确定，一般直径1米的钢管可布置7根，酌情增减。环筋的选择根据放射筋的数量确定，基本按构造选取，为了控制裂缝的发展，钢筋的直径不宜太大。
1.3 焊缝设计
1.3.1工字钢翼缘与腹板连接
工字钢翼缘与腹板连接的焊缝应满足[5]：
式中：――焊缝高度；
――计算位置的剪力；
――计算翼缘毛截面对梁中和轴的面积矩；
――角焊缝的强度设计值。
1.3.2 钢牛腿与钢管的焊接
钢牛腿与钢管之间的连接采用满焊，其强度验算尚需满足[5]：
式中： ，――焊缝处的弯矩值；
――焊缝抵抗矩；
，――焊缝位置的剪力；
――焊缝的有效截面面积。
――正面角焊缝的强度设计值增大系数。对于承受静力荷载和间接动力荷载直角角焊缝取，其他情况取1.0。
1.3.3 螺纹套筒与钢牛腿的焊接
因为市面上的螺纹套筒普遍较短，故采用满焊，其焊脚高度尚应满足[5]：
即
――与螺纹套筒相连的钢筋截面面积；
――与螺纹套筒相连的钢筋的抗拉强度设计值。
――焊缝计算长度总和。
1.3.4 焊缝的构造要求
如果角焊缝的焊脚尺寸太大，则焊缝收缩时将产生较大的焊接变形[6]，且在热影响区扩大的情况下，容易产生脆裂，较薄焊件可能会烧穿。所以要求[5]：
且 （）
――较薄焊件的厚度（钢牛腿钢板厚度一般不会小于6mm）。
2 节点的施工工艺
本节点的加工包括下述步骤与工艺条件：
（1）根据混凝土梁截面高度减去保护层厚度及钢筋直径确定钢牛腿高度，根据混凝土梁截面宽度减去保护层厚度确定钢牛腿翼缘宽度，根据螺纹套筒与牛腿的焊接长度确定钢牛腿伸出钢管的长度；
（2）根据钢管直径大小选择板面放射筋的数量，直径1米的钢管选择均匀放置7根板面放射筋；
（3）分别进行钢牛腿与钢管的焊接、在钢管内钢牛腿之间的焊接、环筋与钢牛腿的焊接以及螺纹套筒与钢牛腿的焊接；
（4）在施工前进行梁主筋端部墩粗以及开螺纹丝，施工时，梁主筋与螺纹套筒拧紧；板面放射筋钩在环筋上并均匀布置，用钢丝绑扎。
上述步骤完成后，按照普通施工步骤绑扎板筋和梁筋，质量检验后浇筑混凝土即可。
3 小结
本节点与现有钢管混凝土节点相比，具有如下有益效果：
（1）不带环梁，本节点采用穿心暗牛腿，从外形上看与普通钢筋混凝土梁一样，能很好地满足建筑及装饰设计要求。
（2）能很好地控制板柱交接处裂缝的开展，板放射筋均匀布置在梁之间控制裂缝的开展，其传递的拉力由焊接在钢牛腿上翼缘的环筋来承受。
（3）施工方便，钢管、环筋、梁主筋螺纹套筒与钢牛腿的焊接都可在工厂完成，现场只需完成梁主筋的螺纹连接和一般的钢筋绑扎工作，大大减少了现场的焊接工作量，能更好地保证焊缝质量。
参考文献：
[1] 韩林海.钢管混凝土结构――理论与实践[M].北京：科学出版社，2004：1-4
[2]钟善桐.钢管混凝土结构[M].第三版.北京：清华大学出版社，2003
[3] 季 静 吴爱明 王燕 韩小雷．新型穿心暗牛腿钢管混凝土柱节点试验及分析．华南理工大学学报（自然科学版），Vol.36 No.3，2008
[4] 王燕．带环筋的穿心暗牛腿钢管混凝土柱节点试验研究及有限元分析. 广州:华南理工大学硕士学位论文.2007
[5]中华人共和国国家标准.钢结构设计规范(GB50017-2003) [S].北京:中国计划出版社，2003
钢管混凝土柱论文范文第3篇
【关键词】钢管混凝土，抗剪，承载力，设计
【中图分类号】TU375 【文献识别码】A【文章编号】
1 前言
圆钢管混凝土由于钢管和内部核心混凝土“相互作用、优势互补”使得钢管混凝土具有承载力高、抗震性能好、施工方便等诸多优点，越来越受到工程师的青睐，在桥梁结构和高层建筑结构中的应用较为广泛[1]。随着钢管混凝土工程实践的不断深入，发现在某些情况下，例如钢管混凝土柱之间设有斜撑的节点处，大跨重载梁的梁柱节点区域等，横向抗剪问题变得突出，因此深入研究钢管混凝土抗剪强度有非常重要的工程意义。
以往对钢管混凝土抗剪性能研究有：文献[2-5]进行了圆钢管混凝土抗剪性能的实验研究和理论分析；文献[6-7]进行了圆钢管混凝土抗剪试件的实验研究，并基于实验结果建议了圆钢管混凝土柱的抗剪承载力的计算公式。文献[8]根据纯扭试件的计算结果来确定钢管混凝土的抗剪力学特性，即受扭时的剪切屈服点为钢管混凝土的组合强度标准值，采用有限元法对纯扭构件进行了大量的计算分析，最后提出了组合剪切模量、剪切刚度和抗剪强度的简化计算公式，简化计算公式与实验结果吻合较好。文献[9] 采用有限元软件ABAQUS对钢管混凝土基本剪切性能进行了研究，提出了钢管混凝土抗剪强度的简化计算公式，简化计算结果与试验结果吻合较好。
圆钢管混凝土抗剪强度计算相关研究成果被国内有关规程采纳，主要有福建省工程建设标准《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ/T13-51-2010）[10]、中国工程建设协会标准《钢管混凝土结构技术规程》CECS28：2012[11]和中国工程建设协会标准《实心与空心钢管混凝土结构技术规程》CECS254：2012[12]，为了为了帮助有关工程技术人员具体地了解上述各设计规程在进行圆钢管混凝土构件抗剪承载力计算时的特点，本文简要介绍了DBJ/T13-51-2010、CECS28：2012和CECS254：2012这三种设计规程中关于圆钢管混凝土抗剪承载力的设计计算方法，同时，基于典型的计算算例，将不同规程的计算结果进行了对比和分析，以期帮助有关工程技术人员实际应用时参考。
2 各规程抗剪承载力计算公式介绍
2.1 DBJ/T13-51-2010规程[10]
文献[1]采用有限元法对圆钢管混凝土构件在受剪作用的下的工作性能进行了分析研究，并在大量参数分析结果的基础上，提出了圆钢管混凝土构件抗剪承载力计算方法，计算公式考虑了钢管和核心混凝土的组合作用。DBJ/T13-51-2010规程采用文献[1]的研究成果。DBJ/T13-51-2010规程给出的圆钢管混凝土构件抗剪强度计算公式如下：
（1）
式（1）中： 为钢管混凝土纯剪构件抗剪承载力设计值； 为钢管混凝土构件的组合截面面积； 为钢管混凝土的组合剪切强度设计值，其计算公式表达式如下：
（2）
（3）
―钢管混凝土抗剪承载力计算系数，按下式计算：
（4）
以上各式中， 为截面含钢率（钢管横截面面积与核心混凝土截面面积之比）， 为钢管混凝土的约束效应系数， 为钢管混凝土轴压强度设计值， 为混凝土轴心抗压强度设计值。
2.2 CECS28：2012规程[11]
CECS28：2012规程中有关圆钢管混凝土构件抗剪承载力是在文献[6-7]系列实验结果的基础上，没有考虑钢管和混凝土的组合作用，偏安全的提出了钢管混凝土构件的抗剪强度计算公式。CECS28：2012规程给出的圆钢管混凝土构件抗剪强度计算公式如下：
（5）
式（5）中， 为钢管内的核心混凝土横截面面积； 为混凝土轴心抗压强度设计值， 为钢管混凝土的约束效应系数，按下式计算：
（6）
式（6）中， 为钢管的横截面面积； 为钢材抗拉强度设计值。
2.3 CECS254：2012规程[12]
CECS254：2012规程是基于极限平衡理论和相关试验结果基础上推导的，计算公式中没有考虑混凝土强度参数的影响。CECS254：2012规程给出的圆钢管混凝土构件抗剪强度计算公式如下：
（7）
式（7）中， 为钢管混凝土构件的组合截面面积； 为钢管混凝土的受剪强度设计值，其计算公式表达式如下：
（8）
上式中， 为截面含钢率（钢管横截面面积与核心混凝土截面面积之比）， 为钢材抗拉强度设计值。
3 各规程抗剪承载力计算公式计算结果比较
为了比较以上各规程在计算圆钢管混凝土构件抗剪强度计算结果的差异，以下采用典型计算算例的计算结果进行比较。算例的计算条件为：Q235钢和Q420钢，混凝土强度为C30、C50和C80，截面含钢率 从0.04-0.2，选用了两种截面尺寸，钢管外径D=400mm和D=800mm。
图1给出了钢管外径D=400mm时不同参数情况下各规程计算得到的圆钢管混凝土构件抗剪强度 ～ 关系曲线。从图1可见，各规程抗剪强度计算值随含钢率变化规律类似，表现为抗剪承载力随含钢率 的增大而增大。从图1还可以看出，在截面含钢率较小时，各规程的计算结果差异相对较小，在截面含钢率较大时，各规程的计算结果差异增大。计算结果总体呈现规律为：在其他条件一定的情况下，CECS254：2012规程计算获得的抗剪承载力最大，DBJ/T13-51-2010规程居中，CECS28：2012规程最小。
（1） C30混凝土 （1） C30混凝土
（2） C50混凝土 （2） C50混凝土
（3） C80混凝土 （3） C80混凝土
（a） Q235钢材 （b）Q420钢材
图1 圆钢管混凝土抗剪承载力计算结果比较（D=400mm）
图2给出了钢管外径D=800mm时不同参数情况下各规程计算得到的圆钢管混凝土构件抗剪强度 ～ 关系曲线，各规程计算结果的差异规律与图1类似，不再重复。
（1） C30混凝土 （1） C30混凝土
（2） C50混凝土 （2） C50混凝土
（3） C80混凝土 （3） C80混凝土
（a） Q235钢材 （b）Q420钢材
图2 圆钢管混凝土抗剪承载力计算结果比较（D=800mm）
4 结语
本文简要介绍了DBJ/T13-51-2010规程、CECS28：2012规程和CECS254：2012规程在圆钢管混凝土构件抗剪承载力计算方法和特点，结合典型计算算例比较了以上各规程在计算圆钢管混凝土构件抗剪承载力结果的差异，研究结果表明，在其他条件一定的情况下，各规程计算值比较的基本规律为：CECS254：2012规程计算获得的抗剪承载力最大，DBJ/T13-51-2010规程居中，CECS28：2012规程最小。
参考文献
[1]. 韩林海.钢管混凝土结构-理论与实践[M]. 北京：科学出版社，2007.
[2]. 安建利.钢管混凝土柱强度与变形[D].西安：西安冶金建筑学院，1987.
[3]. 安建利，姜维山.钢管混凝土柱压、弯、剪强度的研究与理论解析[J].工程力学，1992，9（4）：104-112.
[4]. 杨卫红，阎善章.钢管混凝土基本剪切问题的研究[J].哈尔滨建筑工程学院学报，1991，24（SI）：17-25.
[5]. 杨卫红，钟善桐.钢管混凝土剪切模量的简支梁试验研究[J]. 哈尔滨建筑工程学院学报，1992，25（4）：32-38.
[6]. 徐春丽.钢管混凝土柱抗剪承载力试验研究[D].济南：山东科技大学，2004.
[7]. 肖从真，蔡绍怀，徐春丽.钢管混凝土抗剪性能试验研究[J].土木工程学报，2005，38（4）：5-11.
[8]. 韩林海，钟善桐.钢管混凝土基本剪切问题研究[J].哈尔滨建筑工程学院学报，1994d，27（6）： 28-34.
[9]. 尧国皇.钢管混凝土构件在复杂受力状态下的工作机理研究[D].福州：福州大学博士学位论文， 2006.
[10]. 福建省工程建设地方标准DBJ/T13-51-2010，钢管混凝土结构技术规程[S]， 福州，2010.
[11]. 中国工程建设标准化协会标准. CECS28：2012钢管混凝土结构技术规程[S]. 北京： 中国计划出版社， 2012.
钢管混凝土柱论文范文第4篇
关键词：钢结构，住宅，发展
国务院文件明确提出:发展钢结构住宅,扩大钢结构住宅的市场占有率,将会加速住宅产业化过程,对我国建筑、冶金及相关产业的发展具有重大意义。为推动我国钢结构住宅的快速发展，满足人民群众对钢结构住房的需求,推进住宅产业现代化,中国钢结构协会住宅钢结构分会成立,并陆续召开了多次住宅钢结构研讨会,各地投入大量人力探索我国钢结构住宅的发展途径,并试验性的建造了钢结构住宅。新型的钢结构住宅逐渐展现在人们面前。就我们国家的情况，钢结构住宅必将有一个快速发展。
1.钢结构的特点
钢结构的特点与钢材的特点相联系，那就是强度高,因此,钢结构自重轻,承载力高，钢材的塑性和韧性好,因而钢结构对动荷载的适应性强,使钢结构住宅具有大空间和布置灵活的特点。钢结构和传统的混凝土结构相比较钢材的强度为235N/mm2(A3),是混凝土强度的11倍;钢材材质均匀,而混凝土的材质不均匀;尤其是混凝土的抗拉强度非常低,所以普通混凝土适筋梁的承载力设计阶段均为带裂缝工作阶段;钢材的容重为7850kg/m3,是混凝土容重的3.28倍;钢材的弹性模量为206×103N/mm2,而混凝土,比如C30的混凝土变形模量为29.5×103N/mm2。因此,钢结构住宅自重比传统住宅结构要轻30%,构件小,便于工业化制作、运输、安装和现场装配,大大降低了基础施工的强度,施工场地也大为缩小,工期相对比传统住宅缩短约40%左右,开发商更容易降低市场风险。从建造市场、客户终端市场和外围市场来看,都利于钢结构住宅的未来发展。
2.钢结构的设计原理
住宅建筑中的钢结构一般指的是轻钢结构,大致可分为两类,即:以冷弯薄壁型钢为承重构件的轻钢龙骨建筑体系和以轻型钢梁、钢柱为承重体系的轻钢框架建筑体系。如:取代格构式截面的H型钢和用于楼盖层中可代替模板和抗拉钢筋作用的亚型钢板的应用;结合跨度、高度和结构形式,选用网架、悬索、预应力钢结构的应用;组合梁的应用,混凝土板和钢梁在构造上形成整体,共同抗弯,充分发挥混凝土板的受压和钢梁的受拉作用;钢管混凝土柱,受纵向压力作用时,钢管的应力状态为异号应力场(纵向、径向受压,环向受拉),纵向应力比单向受力时屈服强度低,塑性好;混凝土处于三向受压状态,承载力比单向受压棱柱体强度高,且极限变形大大增加,塑性提高,同时由于钢管的约束又大大提高了混凝土的承载力。相对于其它材料结构,钢结构的实际受力状态符合力学计算的假设状态,计算结果可靠,使用更安全,而且抗震性能好。
3.钢结构在我国的应用
钢结构在我国的应用最早见于上世纪九十年代初，1994年11月建于上海北蔡的8层钢结构住宅,采用的就是冷弯成型矩形钢管砼和U形冷弯薄壁组合梁组成框架,外墙采用稻草板。建造该试验住宅的上海现代房地产公司,1999年还在新疆和上海分别建造了8层和5层钢结构住宅,并试用错列桁架体系的结构形式,使小开间取得了大开间的效果,引起了各界的重视。免费论文。期间较为引人注目的有长沙远大公司,他们在1999年建成了8层H型钢框架、压型钢板组合结构、配合整体浴室、中央空调等先进设备的集成住宅,全部工期为3个月结构,2个月装修,充分体现了预制、集成、装配的特色,展现了钢结构住宅的良好前景。
20世纪80年代中期,随着我国改革开放的深入,工业化的轻钢别墅也进入我国,先后从日本引进几百栋轻钢结构低层别墅。之后几年又从澳洲、加拿大引进了轻钢龙骨住宅体系构件在国内组装。免费论文。随着国家《建设领域推广应用新技术管理规定》和《钢结构住宅建筑产业化技术导则》的出台,鼓励新技术、新体系的应用, 在理论上疏通了对钢结构住宅的发展限制。相关规范和标准的出台,为钢结构住宅在我国的发展奠定了基础。现在中国的钢产量已跃居世界第一位,钢结构在住宅中的应用必将有一个大的发展。
4.钢结构住宅在我国快速发展应解决的问题
钢结构住宅的快速发展，抛弃了原来难以逆转的混凝土,采用可重复利用的建材,减少了对自然的破坏，而且施工场地小,对环境的破坏也少，如果大规模采用钢结构,将很大程度上减少灰尘污染，符合可持续发展战略。但是,我们也要看到到当前存在着几个制约我国钢结构住宅发展的问题。一是价格高的问题。我国的钢产量虽有较大提高,但人均产量仍然较少,钢材在我国国民经济中仍属较贵重材料,相比较而言,混凝土价格要比钢材价格低。二是设计力量薄弱。设计中采用钢结构时,应注意结构的功能要求是否属于钢结构的合理应用范围。较高的承载力使钢结构设计时,要考虑以不适合继续承载的巨大变形为结构设计的极限状态准则。钢结构存在着许多节点,每个垫板、螺丝、焊缝都需要精确计算,各专业必须一次到位。因此,钢结构的设计比混凝土结构设计要复杂,钢结构的图纸量也远多于钢筋混凝土结构。三是钢结构生产体系还未形成,市场比较混乱，只有进行大规模生产,才能体现出钢结构的优越性。免费论文。同时,钢结构住宅采用的复合材料在国内还没有大规模生产,复合材料的选择余地很小。此外,目前进入国内的钢结构生产商很多,产品的标准、价格和质量都不统一,而国家尚没有统一的标准来制约,使得开发商、设计师还很茫然。四是钢结构的使用年限。砖石混凝土号称永不损坏,钢结构不行,一般使用寿命只有50年。一想到自己要买的房子不能住一辈子,这会阻止一部分客户的购买欲望。其实,砖石结构房屋的使用也很少超过50年,而且,随着保险业的发展,房屋寿命问题应该很容易解决。
5.结束语 钢结构住宅与钢筋混泥土等住宅相比具有抗震、环保等诸多优点，是世界各国倡导，我们国家提倡和人们所迫切需要的，这些年经过实际应用也得到了人们的认同，随着现代科学技术的高速发展以及人们对住宅的功能齐全、使用方便、居住舒适、安全节能、有益健康等方面的要求,钢结构住宅在我国必将有一个飞跃式的发展。
参考文献：
[1]建筑科学.
[2]建筑材料研究.
[3]探索.
钢管混凝土柱论文范文第5篇
关键词：轻型门式刚架；支撑系统；常见
中图分类号：C35文献标识码： A
引言：
轻型门式刚架房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期，以其质量轻、柱网布置比较灵活、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高等特点，近年来得到迅速的发展，已广泛应用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等工程。但因忽视支撑设置以及安装质量不规范等因素，导致质量事故甚至失稳破坏的案例时有发生，因此，本文针对轻型门式钢架支撑系统的种类、布置和作用，以及该体系常见问题作一系统归纳与分析。
1、轻型门式刚架结构的特点
1.1、质量轻
轻型门式刚架结构的围护结构一般都采用轻型材料，屋檩和墙檩一般采用冷弯C形钢或Z形钢，屋面板和墙面板多采用压型金属板，因而结构自重较轻。即使是在工业厂房中，因为《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(2012年版)》(CECS102:2002)中规定轻型门式刚架结构中仅可设置起重量不大于20t的A1－A5工作级别的桥式吊车或3t的悬挂式起重机，结构所承受的总荷载相对也较小。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10～30kg/m2，自重约为同等条件下钢筋混凝土结构的1/20～1/30。由于荷载较小，基础所用材料也较少，地基处理难度相应降低，结构地震反应也较小。
1.2、工业化程度高，施工周期短
轻型门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量更能够保证。将构件运到施工现场后，构件间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。
1.3、结构布置灵活，不受模数限制
传统的钢筋混凝土结构由于受屋面板等尺寸限制，柱距多为6m，当采用12m或其他柱距时，需设置托架等，较为麻烦。而轻型门式刚架结构的维护体系采用压型金属板，故柱网布置灵活，一般仅需考虑使用要求和用钢量。
1.4、综合经济效益高
轻型门式刚架结构设计周期短，原材料种类单一，构件采用自动化设备成批量生产，单位价格相对较低，且门式刚架结构施工周期短，资金周转率高，发挥投资效益快。
2、轻型门式钢支撑系统概述
2.1、支撑布置及作用
横向水平支撑一般设置在房屋两端或横向温度伸缩缝区段两端的第一柱间的屋盖系统上，有时也可设在第二个柱间；一般由十字交叉斜腹杆（拉杆）和竖腹杆（压杆）组成；横向支撑的间距不宜大于60m。所以，当温度区段较长时，在区段中间尚应增设横向水平支撑作用以承受地震荷载或由山墙传来的纵向风荷载，保证屋盖系统的整体性，提高空间刚度，是构成空间稳定结构体系的基础之一。
2.2、柱间支撑
2.2.1、布置
设置部位同横向水平支撑，一般与横向水平支撑对应地布置在同一柱间距内；可分为柔性（圆钢）和刚性（型钢）两种，当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，应采用刚性柱间支撑；当钢柱高度相对于柱距较大或设有吊车时，柱间支撑应分层设置。
2.2.2、作用
它的主要作用是与横向水平支撑共同形成稳定的空间结构体系，提高厂房纵向刚度和稳定性，可承受和传递厂房纵向的各种荷载与作用。
2.3、刚性系杆
布置刚性系杆一般设置在刚架转折处(边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶)，应沿房屋全长设置；当端部横向水平支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置也应设置刚性系杆。刚性系杆一般采用钢管或型钢。
作用主要有两个方面：①承受山墙传递到屋面上的水平荷载（风载或地震荷载）；②形成一个稳定空间结构体系的重要支撑之一。
3、轻型门式刚架结构设计中需注意的问题
由于轻钢结构自身的特点与普通钢结构有较大区别，设计中应采取一些有针对性的措施，以保证结构的受力性能。已有许多专家、学者和工程技术人员对此问题进行过分析研究，因此，本文仅对一些设计中常出现的问题进行总结。
3.1、应合理设置支撑体系
单榀门式刚架在刚架平面内刚度较大，能有效抵抗水平荷载，但是在刚架平面内刚度则较差，需通过设置支撑来保证纵向水平荷载的传递。支撑设置时需注意将屋面横向水平支撑和柱间支撑布置在同一跨间，以构成稳定的空间结构体系，既可承受和传递房屋纵向的各种荷载和作用，又便于结构的施工和安装。在房屋的各温度区段内，均需设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。屋面横向水平支撑一般布置在温度区段端部第一开间，也可以布置在第二开间，但此时需在第一开间相应于屋面横向水平支撑竖腹杆位置布置刚性系杆。屋面横向水平支撑的竖腹杆需按刚性压杆设计，才能组成几何不变体系。屋面横向水平支撑的节点应与抗风柱布置相协调，将节点布置在抗风柱处，以直接传递抗风柱柱顶反力，避免刚架斜梁受扭。在刚架转折处，如边柱柱顶、屋脊处、多跨房屋中间柱柱顶等位置，需沿房屋纵向全长设置刚性系杆，既可承受和传递纵向水平荷载，还能在安装过程中增加刚架的侧向刚度，保证结构安全。支撑的常见布置见图1。
图1支撑布置
3.2、柱脚
柱脚部分未采用混凝土包裹防护，容易钢材锈蚀而产生安全隐患；柱脚锚栓未采用双螺帽；柱脚与基础顶面二次灌浆未采用灌浆料填实。
3.3、 梁柱节点常见问题有：①摩擦面涂漆；②顶紧接触面积偏小（小于75%）；③边缘最大间隙过大（大于0.8mm）；④高强螺栓丝扣未外露；⑤端板厚度偏小（小于16mm）。上述存在问题可能会导致节点不能有效形成刚性连接而产生安全隐患。
3.4、屋面
为钢结构斜梁、立柱为混凝土排架结构该结构体系与门式刚架不同；由于主钢架斜梁与混凝土柱很难形成刚接，立柱存在水平推力，可能导致结构严重不安全。
3.5、隅撑缺失
主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内侧翼缘未设置与檩条或墙梁相连接的隅撑，可能会导致钢梁平面外失稳。钢梁变截面处钢梁在翼缘转折处（变截面处）未设置横向加劲肋；由于该处应力复杂，设置横向加劲肋主要对腹板予以加强。
3.6、锚栓不铅直
锚栓不铅直会严重影响房屋的外观。由于框架柱柱脚的水平度差锚栓又不够铅直经常使柱子安装后东倒西歪不在一条直线上。影响外观的同时还容易造成安全隐患使房屋经不住长时间的考验。最近国对轻钢施工的验收规程进行了讨论许多专家都强调了一种比较严谨的方法。就是在安装锚栓时坚持先将底板用下部调整螺栓调平再用无收缩砂浆二次灌浆填实。这种方法的应用将明显减少锚栓不铅直对房屋构架的影响。25门式刚架的安装。有些刚架在大风时柱子被拔起因此在风荷载较大的地区刚柱受拉时在柱脚更应考虑抗拔构造例如锚栓端部设锚板等。另外预埋地脚螺栓与混凝土短柱边距离过近在刚架吊装时经常不可避免的会人为产生一些侧向外力而将柱顶部混凝土拉碎或拉崩。在预埋螺栓时钢柱侧边螺栓不能过于靠边应与柱边留有足够的距离。同时混凝土短柱要保证达到设计强度后方可组织刚架的吊装工作。另外施工时遗忘抗剪槽的留置和抗剪件的设置柱脚螺栓按承受拉力设计计算时不考虑螺栓承受水平力。若未设置抗剪件所有由侧向风荷载水平地震荷载吊车水平荷载等产生的柱底剪力几乎都由柱脚螺栓承担从而破坏柱脚螺栓。有些工程地脚螺栓位置不准确为了方便刚架吊装就位在现场对地板进行二次打孔汪意切割造成柱脚底板开孔过大使得柱脚固定不牢螺栓最小边距不能满足规范要求。
3.7、模条计算不安全
《冷弯薄壁型钢构件技术规程》中提到有些设计软件并没有考虑到与檀条相关的有效宽度理论。因此在进行设计时不能单纯依赖软件软件没有考虑到的内容要自己考虑。如檀条特有构件应采用有效宽度理论计算强度,这就需要自己熟悉理解规范结合规范和软件做出正确判断后在计算。《规程》封7条规定结构构件的受拉强度应按净截面计算受压强度应按有效截面计算稳定性应按有效截面计算变形和各种稳定系数均可按毛截面计算。而实际设计中常常会忽略掉应用净截面计算强度如果不用净截面进行计算,实际应力将高于计算值。也容易忽略针孔减弱。而当这种减弱达到6%一巧%时就会对对小截面窄翼缘的梁产生较大影响。14钢柱换硷柱。为了节省钢材降低造价肩少数单位在设计门式刚架时将钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成斜梁用竖放式端板与硷柱中的预埋螺栓相连形成刚接。但厂房中符合设计的框架的梁柱不能用刚接只能用铰接。因混凝土是一种脆性的材料抗拉、抗冲切的陛能很差在外力作用下容易出现松动和破坏。在实际施工中采用硷柱加钢梁作成排架是可以的但由于连接不同构件内力不同可能造成工程斜梁过细安全隐患增加可见将刚架的钢柱换成硷柱而钢梁不变是不可以的。
3.8、注意风吸力的影响
轻型门式刚架结构由于采用了轻型屋面材料，自重较轻，当屋面坡度在一定范围时，风荷载的作用方向会向上，即为风吸力。在普通钢结构中，风吸力会抵消部分重力荷载，起有利作用，因而不考虑。但对于轻型门式刚架结构来说，风吸力的大小可能超过屋面结构自重，叠加后产生向上作用的荷载，使结构构件中产生反向内力，如不考虑风吸力，可能导致结构不安全。2.4不得随意改变结构材料和体系部分设计人员在设计门式刚架结构时，根据业主要求或其他考虑，将刚架柱改为钢筋混凝土柱，刚架斜梁仍为钢梁，仍按照门式刚架结构体系进行设计，这样做可能会产生工程事故。因为门式刚架结构中刚架斜梁与刚架柱必须做成刚接，而钢结构斜梁与钢筋混凝土柱较难实现刚接，做出来更接近与排架结构，与刚架结构是完全不同的两种结构体系，这样设计出来的结构可能会严重不安全。
4、结论
①应充分重视支撑系统的设置，合理完善的支撑系统是形成稳定的空间结构体系的重要保证。②应严格按照规范标准精心施工，以消除因细节重视不够而导致工程质量事故的发生。
参考文献：
[1]张亚江.门式钢刚架火灾升降温作用全过程响应分析[D].长安大学,2012.
[2]杨晋,王超.浅析门式钢架结构在池窑拉丝厂中的应用[J].玻璃纤维,2014,03:43-46.
