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门式钢架轻型房屋钢结构设计总结

1、采用以概论理论为基础的极限状态设计法，按分项系数设计表达式进行计算。

2、门市钢架轻型房屋钢结构的承重构件，应按承载能力极限状态和正常使用极限进行设计。

当结构构件按承载能力极限状态设计时，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用荷载效应的基本组合计算，并符合下列要求：

γoS≤R（3.1.3）

式中：

γo——结构重要性系数。

对一般的门式刚架钢结构构件安全等级取二级，当设计使用年限为50年时，结构承重性系数取不小于1.0；当设计使用年限为25年时，取不小于0.95；

S——不考虑地震作用时，荷载效应组合的设计值；

R——结构构件承载力的设计值。

3、在抗震设防地区，门式刚架轻型房屋钢结构应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011进行抗震验算，并符合下列要求：

SE≤R/γRE（3.1.4）

式中：

SE——考虑多遇地震作用时，荷载和地震作用效应组合的设计值；

γRE——承载力抗震调整系数。

当由抗震控制结构设计时，尚应采取抗震构造措施。

4、门式刚架轻型房屋钢结构的地震作用效应可采用底部剪力法分析确定。

抗震验算时，结构的阻尼比可取0.05.

5、当结构构件按正常使用极限状态设计时，应根据现行国家标准。

《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用荷载效应的标准组合计算变形，并符合本规程3.4节的要求。

6、结构构件

受拉强度

净截面计算

受压强度

有效净截面计算

稳定性

有效截面计算

变形和各种稳定系数

毛截面计算

7、设计原则：

技术先进、经济合理、安全使用

8、门式刚架结构是将钢架柱与钢架梁的连接处设为刚性节点，钢架柱与基础一般为铰接点。

9、单层门式刚架的组成

10、其中“门式”，主要形式：

双坡、单坡。

门式刚架不仅仅只针对轻钢，也包括普钢。

轻钢门规仅仅是门式钢架结构中的轻钢部分。

单层门式刚架结构是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、卷边槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板 （压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。

门式钢架特点：

（1）、质量轻，根据国内的工程实例统计，单层门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10～30kg／m2；在相同的跨度和荷载条件情况下自重约仅为钢筋混凝土结构的1／20～1／30；

（2）、工程化程度高，施工周期短。

门式刚架结构的主要构件和配件均为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便。

除基础施工外，基本没有湿作业，现场施工人员的需要量也很少。

构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，是安装迅速的一个重要方面，但必须注意设计为刚性连接的节点，应具有足够的转动刚度。

（3）、综合经济效益高。

门式刚架结构由于材料价格的原因其造价虽然比钢筋混凝土结构等其他结构形式略高，但由于采用了计算机辅助设计，设计周期短；构件采用先进自动化设备制造；原材料的种类较少，易于筹措，便于运输；所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益高。

（4）、柱网布置比较灵活。

传统的结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6m，当采用 12m柱距时，需设置托架及墙架柱。

而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。

（5）、门式刚架结构除上述特点外，还有一些特点需要了解：

门式刚架体系的整体性可以依靠檩条、墙梁及隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。

门式刚架的梁、柱多采用变截面杆，可以节省材料。

图1—2所示刚架，柱为楔形构件，梁则由多段楔形杆组成。

梁、柱腹板在设计时利用屈曲后强度，可使腹板宽厚比放大（腹板厚 度较薄）。

当然，由于变截面门式刚架达到极限承载力时，可能会在多个截面处形成塑性铰而使刚架瞬间形成机动体系，因此塑性设计不再适用。

使门式刚架结构轻型化的措施还有：

在多跨框架中把中柱做成只承重力荷载的两端铰接柱，对平板式铰接柱脚考虑其实际存在的转动约束，利用屋面板的蒙皮效应和适当放宽柱顶侧移的限值等。

设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理。

风力可使轻型屋面的荷载反向，就是一例。

组成构件的杆件较薄，对制作、涂装、运输、安装的要求高。

在门式刚架结构中，焊接构件中板的最小厚度为3．0mm；冷弯薄壁型钢构件中板的最小厚度为 1。

5mm；压型钢板的最小厚度为0．4mm。

板件的宽厚比大，使得构件在外力撞击下容易发生局部变形。

同时，锈蚀对构件截面削弱带来的后果更为严重。

 构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。

因此，在运输和安装过程中要采取必要的措施，防止构件发生弯曲和扭转变形。

同时，要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结构的整体工作（蒙皮效应）。

11、“轻钢”限定:

“单跨或多跨实腹式门式钢架”、“轻钢屋盖和轻钢外墙”、“起重量不大于20t的A1-A5工作级别桥式或没有吊车（当然也可以是单梁吊车）”、“悬挂一般起重量不超过3t”。

“单层”、“跨度一般不超过36m”、“高度一般不宜超过12m”、“柱距一般不超过9m”。

12、不是所有门式刚架的都是轻钢。

一些大吨位吊车，格构柱等门式结构为重（普）钢结构，需按照《钢结构设计规范》来采用。

13、在轻型门式钢架结构体系中，屋盖应采用压型钢板墙板和冷弯薄壁型钢墙梁，也可采用砌体外墙底部为砌体上部为轻质材料的外墙。

主钢架斜梁下翼缘和钢架柱内翼缘的出平面稳定性，由于檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。

主钢架间的交叉支撑可采用角钢或张紧的圆钢。

14、单层门式钢架轻型房屋可采用隔热卷材做屋盖隔热和保温层，也可以采用隔热层的板材作屋面。

15、门式刚架轻型屋面坡度易取1/8--1/20在雨水较多的地区宜取其中较大的值。

过大会导致女儿墙增加高度，>6%不能利用腹板屈曲后抗剪承载力[6.1.1.6]，拉力场影响。

过小会影响排水（坡度变化率）、梁的变高度的速度。

16、门式刚架尺寸应符合下列规定：

（1）、门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离。

（2）、门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度。

门式刚架的高度，应根据使用 要求的室内净高确定，设有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净高要求而定。

（3）、柱的轴线可取通过柱下端（较小端）中心的竖向轴线。

工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮。

斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。

（4）、门式刚架轻型房屋的建筑尺寸：

其檐口高度，应取地坪至房屋外侧檩条下缘的高度；其最大高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；其宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；其长度,应取两端山墙墙梁外皮之间的距离。

17、（5）、门式刚架的跨度，宜为9~36m，以3m为模数。

边柱的宽度不相等时，其外侧要对齐。

18、（6）、门式刚架的高度,宜为4.5~9.0m，必要时可适当加大。

当有桥式吊车时不宜大于 12m。

19、（7）、门式刚架的间距，应与跨度匹配，大跨度采用大间距，跨度与间距的比一般以2.5~3.5为宜，常用7.5~12m，即柱网轴线在纵向的距离宜为 6m，也可采用 7.5m 或 9m，最大可用 12m。

 跨度较小时可用 4.5m。

单跨：

加腋端高L/33左右，加腋长度（0.15～0.25）L；跨中高（1/50～1/60）L；工形截面高宽比2～5； 多跨：

中柱加腋端L/28左右，加腋长度（1/4～1/5）L； 单元运输长度：

火车运输≤12m。

也有用15米的。

 刚架大梁区段划分：

 原则上按反弯点分，兼顾制作与运输。

钢板标准长度8米。

斜长可零头数（见图），柱顶做平。

 温度区间：

纵向不大于300m，横向不大于150m。

当房屋的平面尺寸超过上述规定时，需设置伸缩缝，伸缩缝可采用两种做法：

（a）设置双柱；

（b）在搭接檩条的螺栓处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许涨缩。

（c）对有吊车的厂房，当设置双柱形式的纵向伸缩缝时，伸缩缝两侧刚 架的横向定位轴线可加插入距（图1-4）。

（d）在多跨刚架局部抽掉中柱或边柱处，可布置托架或托梁。

（8）、挑檐长度可根据使用要求确定，宜采用0.5~1.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。

门式刚架的形式分为单跨双坡、双跨单坡、多跨双坡以及带挑檐和带毗屋的刚架等。

多跨刚架中间柱与刚架斜梁的连接，可采用铰接。

多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖，必要时也可采用由多个双坡单跨相连的多跨刚架形式。

单层轻型门式刚架结构是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。

在目前的工程实践中，门式刚架的梁柱多采用焊接H形变截面构件，单跨刚架的梁柱节点采用刚接，多跨则大多刚接和铰接并用；柱脚可与基础刚接或铰接；围护结构多采用压型钢板；保温隔热材料多采用玻璃棉。

20、门式轻钢厂房结构体系的构成：

主结构、次结构、围护结构、其他附属结构。

（1）主结构：

横向主钢架 结构中最主要的部分，也是主受力部分，在门刚中为平面结构，面外稳定需要依靠其他系统来辅助达成，在设计时，要充分考虑到钢架的面外稳定问题。

刚架主要包括实腹钢梁、钢柱，在轻钢中多用楔形截面，有效利用构件截面特性。

腹板高厚比允许不超过250，但常用150左右。

支撑系统 支撑系统在整个结构体系中的用钢量并不大，但却是非常重要的。

对比主钢架来说，虽然其重要程度不如主钢架，但是因现在的设计均为计算机辅助设计，主钢架的计算可以利用设计软件非常准确的计算求得，但支撑系统的布置，截面选择等却需要有一定的人为因素参与，所以其显得更为重要。

并且支撑系统承担着整个结构纵向传力及整体稳定的重要作用。

以后在其他结构体系特别是空间结构设计中，在选型的最前期，就该有整个体系的稳定概念，这样才能从大方向上把握住整个结构的安全性和选型的合理性。

门刚支撑系统包含屋面横向支撑、柱间支撑、系杆等。

注意在屋脊及柱顶位置的系杆一般均需通长设置。

吊车系统 吊车系统包括吊车梁（桁架），制动系统、辅助系统、支撑系统等，其自身系统相对来说比较独立，但也需和其他结构有效配合，才能形成安全、稳定的结构体系。

通常情况下，7度无吊车时可不作抗震验算，但有吊车时，和8度时，一律应作抗震验算。

 托梁系统 托梁仅在抽柱的情况下出现，计算时可利用托梁的弹性刚度作为抽柱榀的弹性支座（仅指竖向），把该位置支座反力传递至两相邻刚架，同时水平力靠与屋面纵向支撑系统传递给相邻榀。

（一般情况下屋面系统仅设置横向支撑）。

（2）次结构：

屋面檩条 主要采用冷弯薄壁型钢，一般有C型檩条、Z型檩条，其他当跨度较大时也会采用大通H型钢及方管、桁架式等，其布置方式有简支梁、连续梁两种，主要用途是作为屋面围护结构（屋面板）的支承结构，并和隅撑配合组成屋面梁的面外支承点。

檩条按其跨度应根据规范要求设置拉条。

墙面墙梁与屋面檩条相同，多采用C型、Z型冷弯薄壁型钢，或者大通H型钢、方管等。

抗风柱 :

抗风柱多布置于山墙，主要用于端开间跨内风载传递给主结构。

山墙风载通过抗风柱传递给屋面支撑，再由屋面支撑传递到柱间支撑，经柱间支撑传递至基础。

抗风柱的材质一般同主结构的Q235B或Q345B。

（3）围护结构：

屋面板 一般采