摘要：在钢结构建筑中，门式刚架结构是一种常见的结构形式，通常用于大型工业厂房、仓库、会展中心等，对于门式刚架结构的设计与分析，一般设计人员通常会遇到一些困惑和问题，本文通过一个真实案例，结合PKPM结构设计软件，详细论述在门刚设计当中遇到的一些关键问题和处理方法，为从事门钢结构设计的人员提供一定的参考。
关键词：门式刚架；设计分析；处理方法
0 引言
本案例来源于河北某物流仓库，仓库长206000mm，宽76880mm，檐口标高8500mm。共19榀刚架，中间榀刚架间距为12000mm,边榀间距为7000mm。主体结构使用年限为50年。该仓库采用双坡门式刚架结构，按平面受力体系进行分析，材料只考虑其弹性承载力，采用分项系数的设计表达式进行设计。
刚架柱采用实腹式变截面H形钢，刚架梁采用轧制H型钢和实腹式变截面H形钢相结合的布置方式，这样既节约钢材，又能充分利用材料，保障结构的安全性。刚架柱与基础采用铰接形式，
且为单层结构，房屋高度较低，柱脚做成铰接可有效减小柱脚截面，减小基础，降低基础造价，方便施工。
1 恒载的选取与布置
恒载应包含屋面彩钢板及彩钢板连接件、保温岩棉、檩条及檩间支撑等构件的自重。本案例恒载取0.2KN/m2。在PKPM软件中应选择恒载布置当中的梁间荷载布置选项。对于边榀刚架荷载宽度取1/2柱距，对于中间榀，左右各取1/2柱距。
2 活载的选取与布置
2.1均布活载
活载包括雪荷载、风荷载和积灰荷载等。根据相关规定，屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值。对承受荷载水平投影面积大于60m2的钢架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3KN/m2。笔者认为这种规定是基于经济因素的考虑，若水平投影面积大于60m2的钢架构件，均布活荷载仍按0.5KN/m2取值，则刚架截面尺寸过大，且门刚结构未考虑材料的塑性发展和结构的蒙皮效应等因素，故适当降低均布活荷载取值，能
够满足工程要求。因此本工程均布活载取0.3KN/m2。
2.2 雪荷载
门式刚架轻型房屋钢结构屋盖较轻，极端雪荷载作用下容易造成结构整体破坏，后果特别严重，基本雪压应适当提高。因此，设计门式刚架轻型房屋钢结构时应按100年重现期的雪压采用。本项目取100年重现期的基本雪压为0.3KN/m2。
2.3 风荷载
风荷载分为横向风和纵向风，横向风即平行于刚架方向的风，在PKPM软件当中被称为左风；纵向风即垂直于刚架方向的风，在PKPM软件当中被称为右风。风荷载标准值的计算公式为 其中 为风荷载调整系数，计算主刚架时取1.1，计算檩条、墙梁、屋面板和墙面板及其连接时取1.5。 为风荷载系数，按规定选取， 为风压高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》的规定采用， 为基本风压，本工程的基本风压查《建筑结构荷载规范》取为0.3KN/m2。
2.4 PKPM软件中竖向荷载的布置方法
对于有多种竖向活荷载共同作用的情况，应考虑荷载间的不利布置。在PKPM软件选择活载选项当中，有相容荷载和互斥荷载这种说法。相容荷载就是要与所有互斥荷载进行组合的荷载，互斥荷载就是各组活荷载不可同时考虑的荷载。活荷载布置完成后可在“结构计算模块—参数输入—活荷载不利布置”窗口中点选考虑不利布置的荷载。由于本工程作为物流仓库，不考虑积灰荷载的影响，所以可在活荷载布置当中直接选取自动布置选项，由于雪荷载与均布活荷载均取0.3KN/m2，且雪荷载均匀分布，所以可不考虑雪荷载的作用，只按均布活载来考虑。
3 变截面梁的稳定性
梁的稳定性分为平面内稳定和平面外稳定，对于坡度较小的变截面斜梁其轴力也较小，对其平面内的稳定性影响可忽略不计，本工程的屋面坡度为1/15，故不考虑其平面内失稳的情况。平面外稳定应根据下列公式验算：
（3-1）
根据变截梁面平面外的支撑情况，《钢结构设计手册》将变截面梁分为三种类型：斜梁的上下翼缘均无水平支撑、斜梁上翼缘有水平支撑、设置檩条—隅撑的斜梁。不同类型的梁，对其求弹性屈曲临界弯矩 所利用的公式是不同的。
3.1 无隅撑梁平面外稳定性分析
钢构房屋造价实际工程当中，变截面斜梁的上翼缘有均匀布置的檩条，檩条上还布置有压型钢板，这种情况可以认为斜梁的上翼缘无法产生平面外变形，故对于上翼缘受压的梁，檩条可以作为梁的平面外支撑，但对于下翼缘受压的构件，此时可能会发生绕上翼缘侧向支撑点的扭转失稳。故檩条不可作为下翼缘受压梁的侧向支撑。基于偏安全因素的考虑，在计算长度范围内《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》未考虑檩条对梁的侧向支撑作用，仍按上下翼缘均无水平支撑的梁验算其平面外稳定性，PKPM软件也是基于这种情况编制的。
3.1.1 平面外计算长度的确定
《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》第7.1.6条第2款规定，平面外计算长度应取侧向支撑点间的距离，当斜梁两翼缘侧向支撑点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点间的
距离。PKPM软件默认的梁平面外计算长度为梁的实际长度，在设计时应根据梁的支撑情况进行更改。工程中一般取2倍檩距作为梁的平面外计算长度，笔者认为有以下两个方面的原因，其一，当斜梁发生平面外弯曲变形时，对于没在支撑节点上的檩条会随着梁上翼缘的侧弯而产生变形，所以并不是所有的檩条都能有效的对梁的上翼缘产生支撑作用，尤其像本案例工程这种的檩条，其跨度达12m，当外荷载作用在檩条上时，檩条本身就会产生较大挠度，若仍然将檩条考虑为侧向支撑的话，则梁的平面外变形的会对檩条的下挠产生二次效应，加大檩条的挠度。其二，对于跨度适中的檩条，即使能够对梁的上翼缘产生有效约束，但对于下翼缘受压的梁仍然不可取2倍檩距。那么对于下翼缘受压的梁，一般通过合理设置隅撑来保证梁的平面外稳定。
3.2 有隅撑梁平面外稳定性分析
一般来说，隅撑并不能给梁提供有效的侧向支撑，仅起到弹性支座的作用，只有当隅撑满足下列条件时，才可考虑隅撑对下翼缘受压梁的平面外稳定性作用：
1.
在屋面斜梁的两侧均设置隅撑；
2.
隅撑的上支撑点的位置不低于檩条形心线；
3.
符合对隅撑的设计要求：即隅撑能够承受被支撑翼缘局限轴力设计值的1/60的压力，该压力由左右两隅撑共同承受，并分解到隅撑方向。
4 檩条的布置方式
檩条的布置方式分为连续檩条和简支檩条。从搭接方式来看，简支檩条相互之间不进行交错搭接，即每根檩条都是一个相互独立的状态，属于静定结构，这种檩条施工相对简单，但是由于支座处对檩条的约束相对较弱，造成檩条跨中挠度过大，增加钢材的用量。连续檩条相互之间进行交错搭接，使同一轴线上的檩条形成一个整体，属于超静定结构，这种檩条施工相对复杂，但是由于支座处对檩条的约束较强，在檩条支座处可承担弯矩，故支座处可对檩条跨中弯矩进行调幅，减小跨中挠度，节约钢材。
5 分项系数的选择
分项系数的取值对不同的规范有不同的取值，按《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》取值，永久荷载分项系数 ：当其效应对结构承载力不利时，对由可变荷载效应控制的组合取1.2；竖向可变荷载的分项系数 取1.4。按《建筑结构可靠性设计统一标准》取值，永久荷载分项系数 ，当其效应对结构承载力不利时取1.3，竖向可变荷载的分项系数 取1.5。
6 结论
生活中门刚结构发生结构损坏甚至倒塌的现象屡有发生，对于设计而言，应一切从工程实际出发，不能完全相信软件，对特殊、复杂的情况，其设计标准应高于规范的规定。在设计中应注重构造措施，合理的构造措施对结构的安全性有重要保障。作为设计人员应将理论与实际紧密结合，不断丰富自己的设计经验，从而保障结构安全可靠。
参考文献
[1] 《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015
[2] 《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018
[3] 《钢结构设计标准》GB 50017-2017
[4] 《钢结构设计手册》（第四版）
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