1.1列網格布局
因此，剛架的間距和跨度可根據工藝要求靈活確定。通過大量工程實例的分析比較，表明采用15m ~ 36mm的剛架跨度和6m ~ 9m的剛架間距較為經濟合理。由於在風荷載作用下計算門式剛架工業建築的結構構件時，邊緣區的風荷載體型系數壹般大於中間區，為了統壹同壹建築內各柱距的屋面檁條和墻體檁條的模型，
1.2支撐系統
單層輕鋼結構工業廠房鋼排架的抗側剛度相對較弱。為了抵抗水平風荷載、吊車制動荷載和地震，在有柱間支撐的開間應設置橫向頂板支撐，形成幾何不變的體系，最好在溫度區段末端的第壹個開間設置柱間支撐。柱間距應根據建築物的柱距、吊車條件和安裝條件確定。壹般無吊車的工業建築柱間距不應超過45m，有吊車的工業建築柱間距不應超過60 m。
1.3外殼系統
輕鋼結構工業建築的維護體系由最外層的壓型彩鋼板和內部的主剛架、山墻抗風柱、屋面檁條、墻體檁條等主次結構組成。屋面壓型彩鋼板宜沿垂直於剛梁方向布置，墻體壓型彩鋼板多沿垂直於剛柱方向布置。屋面檁條與墻體檁條的間距主要由自身在各種外荷載作用下的強度、穩定性和剛度以及外壓型鋼板的面外剛度決定。當屋面雙檁條用作屋面支撐之間的剛性拉桿時，屋面檁條的設置應結合山墻抗風柱的位置考慮，使每個抗風柱頂部的剛架梁上翼緣對應位置都有檁條，便於設置屋面雙檁條。墻體檁條的間距也受門窗尺寸的影響。門窗過大時，應加強墻體檁條。
2門式剛架輕鋼結構工業建築結構設計要點
2.1鋼材類型的選擇
雖然我國生產的碳鋼有100多種，合金鋼有300多種，但由於輕鋼結構對強度高、變形能力足、加工性能好的要求，真正適合輕鋼結構的只有少數碳鋼和合金鋼。當采用設計規範中未推薦的其他鋼材時，應有可靠的依據保證輕鋼結構的安全。大量工程經驗表明，普通鋼中的Q235鋼和合金鋼中的Q345鋼是最適合輕鋼結構的鋼材。焊接工序較多的主要結構構件，如剛架、吊車梁等，宜采用Q235B級鋼或Q345B級鋼。根據目前市場的鋼材價格，如果剛架的跨度和間距較小，荷載較小，吊車噸位較小，則剛架和吊車梁應采用Q235B級鋼，否則應采用Q345B級鋼，檁條、支撐、抗風柱等次要結構件可采用Q235A級鋼，焊接工藝較少。
2.2承重柱
輕鋼結構工業建築的承重柱壹般多為焊接工字形柱或熱軋H形柱。無吊車的低層工業建築宜采用楔形變截面柱，柱腳小，柱頂大。有大噸位吊車的工業建築宜采用等截面柱。當大噸位起重機的高度、跨度、風荷載相近時，宜采用梯形立柱。在肩梁或支架下方，應有較大的等截面工字形柱或格構柱、肩梁或橫梁。上下立柱通過肩梁或支架連接成壹體。上柱的內翼緣應以槽的形式直接插入肩梁或支架的下翼緣，並與之滿焊。
2.3承重梁
輕鋼結構工業建築的承重梁多為焊接工字形柱或熱軋H形截面。除滿足強度、穩定性、撓度、翼緣寬厚比和腹板高厚比的要求外，還應合理改變和分段截面尺寸，以達到經濟、合理、運輸和安裝方便的要求。如彎曲距離變化大的梁可采用楔形變截面，彎曲距離變化小的梁應采用等截面。
2.4吊車梁
考慮到鋼材強度高、鋼構件穩定性差的特點，吊車梁壹般設計為單軸對稱焊接工字形截面，上翼緣寬而厚，下翼緣窄而薄。當吊車梁跨度較大時，吊車梁也可設計成兩端在跨中逐漸增大的魚腹梁，吊車梁上翼緣應采用制動梁或制動桁架作為側向支撐。由於吊車梁承受垂直、水平和豎向荷載，設計中應采用良好的連接方式來傳遞三維荷載。如用壹對間距較小的高強度螺栓連接吊車梁和支架時，傳力安全可靠，不改變簡支梁的特性。
2.5屋頂橫向支撐
壹般屋面橫向支撐可采用帶張緊裝置的十字圓鋼，交叉角度應在30° ~ 60°範圍內，接近45°為宜。剛性系桿應設置在同壹開間的兩個相鄰橫向支撐之間。如果屋面檁條(單檁條或雙檁條)能滿足受彎構件的剛度和承載力要求，屋面檁條也可用作剛性拉桿。
2.6柱間支撐
門式剛架是輕鋼工業建築的主要承重結構，其側向剛度遠小於平面內剛度，但所承受的水平力卻不小，因此應通過計算確定柱間支撐的截面尺寸和連接方式。如果沒有吊車或吊車噸位較小，且風荷載和雪荷載不大，可采用帶張拉裝置的十字圓鋼作為柱間支撐，否則應采用角鋼或槽鋼等熱軋鋼材作為柱間支撐。如果柱間支撐呈十字形，交叉角度應在35 ~ 55°範圍內，接近45°為宜。當階梯形下柱截面較大時，壹般宜將柱間支撐設計成兩片，兩片支撐之間用單根角鋼壓條連接。
壹般來說，上部的支柱之間的支撐可以設計成壹個整體。當上、下柱的高度相對柱距較大時，上、下柱的柱間支撐應分層布置，同時上、下柱之間必須設置計算的剛性拉桿，牛腿或肩梁上、下兩側柱間支撐之間的剛性拉桿可用吊車梁代替。支架的連接應采用焊接或高強度螺栓連接。大量的分析和研究表明，許多鋼結構施工事故的主要原因不是構件強度不足，而是構件整體穩定性喪失。因此，支撐和剛性拉桿等側向構件的計算和構造是輕鋼結構工業建築設計的壹個重點。
2.7檁條和抗風柱
當屋面檁條和墻體檁條的跨度和荷載都不大時，壹般采用C形或Z形冷彎薄壁型鋼。屋面檁條的力學計算模型是受雙向彎曲的簡支梁或連續梁。當屋面檁條同時用作剛性拉桿時，也應具有壓彎構件所必需的剛度和承載力，否則應采用鋼管、鋼筋或其他型材作為剛性拉桿。為了達到輕鋼建築的整體美觀，壓型彩鋼板、磚墻或砌塊墻的防腐、防撞效果多用於室內地面以上壹定高度範圍內的墻體，墻體上的壓型彩鋼板底部可固定在磚墻或砌塊墻頂部的鋼筋混凝土壓頂上。同時，考慮到壓型彩鋼板本身在平面內具有較大的剛度，墻體檁條的力學計算模型可視為只承受水平風荷載而不承受豎向荷載的簡支梁或連續梁。
屋頂檁條和墻檁條也應根據相關規範設置支撐、撐條和角撐。屋面檁條和墻體檁條在跨度和荷載較大時應采用輕型槽鋼和工字鋼，屋面檁條也可采用角鋼制作的桁架。由於抗風柱上的豎向力遠小於水平力，力學計算模型可簡化為單向彎曲的簡支梁，抗風柱可采用熱軋H型鋼截面。
2.8節點結構
單層輕鋼結構工業建築的梁、柱多采用焊接工字鋼或熱軋工字鋼。在弱軸方向，鋼柱與側向構件的連接多為鉸接，而在強軸方向，鋼柱與鋼梁的連接多為剛性。無吊車或吊車噸位較小時，鋼柱腳與基礎鉸接，吊車噸位較大時，鋼柱腳與基礎剛性連接。為解決鋼柱腳的防腐問題，鋼柱腳通常采用低標號細石混凝土包裹(保護層厚度不應小於50mm)，包裹混凝土應高出室內地面100 mm ~ 150 mm，並在包裹柱腳的混凝土中設置少量水平環形箍筋和豎向立筋，以避免裂縫。
3.基礎如果場地地質條件較好，輕鋼結構工業建築的基礎壹般采用柱下獨立基礎。由於室內地面以上或窗臺以下壹定範圍內的墻體多為砌體墻，墻下壹般采用現澆鋼筋混凝土基礎梁來承載砌體墻，能有限地抵抗地基的不均勻沈降。同時，由於室內外高差的存在，基礎梁還起到擋土的作用。如果場地地質條件較差，但沒有大噸位的吊車荷載作用在剛架立柱上，可優先考慮采用合適的地基處理方法，以抵抗地基的不均勻老化。如果場地地質條件較差，有大噸位的吊車荷載作用在剛架立柱上，且地基不均勻沈降造成吊車爬升的問題無法用地基處理方法解決時，可采用現澆鋼筋混凝土條形基礎或樁基礎。采用樁基礎時，應根據當地實際情況選擇經濟合理、安全可靠的樁型，如有條件時可先采用鋼筋混凝土預制管樁。考慮到輕鋼結構工業建築鋼柱腳軸力小、彎矩大的特點，壹般將樁帽底部剛架平面內的樁間距設計得較大是經濟合理、安全可靠的。
3.分析使用軟件計算時的建模技巧和計算圖文
目前，在實際設計中廣泛使用的門式剛架計算機軟件有中國建築科學研究院開發的PKPM系列軟件的STS模塊。因此，本文根據STS模塊中門式剛架的二維設計，介紹了門式剛架的建模技巧和計算圖檔分析。
3.1模型建立
門式剛架的軸線可以通過網格生成中的各種工具欄繪制，也可以通過模塊化輸入跨數、跨度、單雙坡、坡度、柱頂標高、牛腿標高、屋面坡度等信息快速建模生成。它省時、省力、快速、準確。鋼梁分段時，梁段拼接節點應盡可能設置在彎矩較小的部位，梁段長度和數量應根據剛架梁上的內力圖特點、加工、運輸和吊裝能力等綜合因素確定。楔形鋼梁、柱的楔形比不宜過大。通常，當每延米的變化範圍不大於60mm時，腹板可以達到較大的高厚比。在滿足腹板高厚比和翼緣寬厚比的前提下，將梁柱設計成“薄而大”的截面，可以用較少的鋼材獲得較大的截面抵抗矩，既能控制結構變形，又能獲得較好的經濟性。
由於門式剛架結構的變形和強度對荷載比較敏感，現實地輸入豎向荷載也是獲得經濟合理效果的關鍵因素。鋼梁上的豎向恒載主要是屋面維護系統的自重。在實際工程中，屋面多采用輕質保溫材料的夾芯板，內外帶彩色防腐塗層的壓型鋼板厚度壹般在0.6 mm以下，聚氨酯、玻璃棉等輕質保溫材料厚度壹般小於100mm，包括冷彎薄壁型鋼檁條、水平屋面支撐、斜撐、撐桿、角撐、剛性拉桿等屋面系統的自重壹般只有0.22 ~ 0.30 kN/m2。單層壓制彩塗板無保溫的倉庫，屋面系統自重更小，壹般只有每平方米0.650 kN。
鋼梁上的豎向可變荷載主要有兩種，壹種是鋼梁上的設備懸掛荷載，另壹種是屋面集塵荷載和雪荷載。設備懸掛荷載根據實際情況輸入到鋼梁上。至於集塵負荷，僅在設計水泥生產、金屬冶煉等粉塵汙染較重的工業建築或沙塵暴頻發地區時，才考慮其對結構的影響。另外，大部分輕鋼結構工業建築的屋面可變荷載只能考慮雪荷載對結構的影響。當單個剛架的水平荷載投影面積大於60平方米時，可不按《建築荷載設計規範》選取可變荷載。合理的可變荷載值應是，當雪荷載大於0.30 kN/m2時，可變荷載可根據實際雪荷載選取，當雪荷載小於0.30 kN/m2時。可變荷載可按每平方米0.30KN取值，當單榀剛架水平荷載投影面積不大於60平方米時，根據《建築荷載設計規範》應取0.50KN每平方米。
在輸入風荷載時，要正確判斷地面粗糙度類別。如果是自動排列輸入風荷載，需要註意的是，對於自畫軸線搭建的剛架，要檢查柱腳標高是否為±0.000；在輸入吊車荷載時，要準確輸入吊車最大輪壓對柱托架的反力、吊車最小輪壓對柱托架的反力、吊車橫向荷載對兩側立柱的水平力，還要考慮吊車梁自重對剛架產生的附加豎向荷載和附加彎矩的影響。
鋼構件的計算長度是影響穩定計算結果的主要因素。剛架梁、柱的平面外計算長度壹般取側向支撐點之間的距離，滿足計算和構造要求的屋面角撐與柱之間的長剛性拉桿可分別作為剛架梁、柱的側向支撐點。同時，施工圖中角撐與剛性系桿的距離不應大於模型中剛性框架梁、柱的平面外計算長度。除無吊車或吊車噸位小、個別擺柱外，不宜大量設置鉸接頭。
計算參數的輸入主要是合理選擇結構型式和設計規格。對於高度不超過12m，吊車噸位不超過20t的門式剛架結構型式，可選用門式剛架輕型房屋鋼結構，按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》計算。根據大量工程實踐，門式剛架輕型房屋鋼結構也可選用高度為12 ~ 15m，吊車噸位為20 ~ 32t的門式剛架結構型式，按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》計算，按《鋼結構設計規範》校核。門式剛架的梁應進行壓彎驗算平面內的整體穩定性，活載應考慮不利布置對結構的影響。
3.2計算圖形和文本的分析
計算結果的分析是模型誤差修正和優化設計的主要依據，設計人員應仔細對比分析計算的圖形和文字。模型誤差修正主要是通過分析計算圖片和文字有無異常情況來判斷模型的正確性。比如發現鋼柱支架位置的軸力包絡圖沒有大的突變，很可能是模型中遺漏了吊車荷載；如果只有應力比圖中的面外應力比遠遠超標，首先要檢查模型中的面外計算長度是否正確；超限信息計算中對變截面構件腹板高厚比的控制遠嚴於《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》的要求，這很可能是因為變截面構件的楔形比過大。
優化設計主要是根據應力比圖、撓度圖、位移圖來調整剛架梁、柱的截面尺寸，以獲得最佳的經濟效果。當抗彎承載力超過限值時，調整截面高度遠比增加翼緣和腹板厚度更有效。當平面外穩定應力超過極限時，調整翼緣寬度遠比加厚翼緣厚度有效。不受強度控制的剛架應采用低強度碳鋼。
主要受強度控制的剛架應采用高強度合金鋼。當翼緣寬厚比和腹板高厚比超限時，采用低強度鋼比高強度鋼更有效。將剛架的柱腳與梁柱節點設計成剛性節點比設計成鉸接節點更能減小剛架的變形。對於30m以上的大跨度剛架，鋼梁的撓度應嚴格控制在輕鋼規程要求以上。剛架優化設計的實質是在試驗結果的基礎上，在模型與實際工程壹致、不遺漏荷載輸入、合理選擇計算參數的前提下，使所有計算指標同時接近相關規範規定的控制值，並留有適當的安全裕度的過程。
輕鋼工程十幾年的發展歷程表明，其設計看似簡單，但實際上是設計者將大量新工藝、新材料、新技術等系統工程有機整合，其設計思路更容易受到市場變化、技術創新、施工水平差異、自然環境差異的影響。所以好的設計要立足現實，因地制宜，隨時掌握行業動態，切不可脫離實踐。
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