钢结构门式刚架轻型房屋的设计

～ 【 文章编号】1007-9467(2007)02-0019-04 钢结构门式刚架轻型房屋的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ■ 周敬东,蔡光华 (上海梅山工业民用工程设计研究院有限公司,南京 210039) 【 摘要】为了进一步推广门式刚架结构,从结构形式及适用 范围、荷载及荷载组合、计算假定、构件设计几方面进行了 阐述。 【 关键词】钢结构;门式刚架;轻型房屋;稳定体系 【 中图分类号】TU328【 文献标志码】A SteelStructureGateTypeRigidFrameLight HouseDesign ZHOUJing-dong，CAIGuang-hua （ ShanghaiMeishanIndustryCivilEngineeringDesign ResearchInstitute.Co.,Ltd.Nanjing210039） 【 Abstract】Inordertofurtherpromotethegatetyperigid structure,fromthestructuralstyleandtheapplicablescope,the loadandtheloadcombination,thecomputationhypothesis,the componentdesignedseveralaspectstocarryontheelaboration. 【 Keywords】steelstructure；gatetyperigidframe；lighthouse； steadysystem 钢结构门式刚架轻型房屋以用钢量低、重量 轻、抗震性能好、柱网布置灵活、工业化程度高、造 价低、施工周期短、适用范围广等优点，在我国的应 用得到迅速的发展。门式刚架主要用于轻型的厂 房、仓库、超级市场、车站、码头、展览厅、活动房屋、 加层建筑等。 1结构形式及适用范围 门式刚架结构根据跨数分为单跨、双垮、多跨； 根据坡数分为单坡、双坡；根据有无吊车分为无吊 车、有吊车；另外还有带挑檐、带毗屋的形式。斜梁 坡度宜取1/8~1/20，常用坡度为1/15。常用跨度为： 12m~36m。常用柱距为6m~9m。门式刚架的平均高度 常采用4.5m~9.0m，当有桥式吊车时不宜大于12m。 门式刚架轻型房屋适用于抗震设防烈度≤8度 地区的单层单(多)跨轻型房屋[1]。有吊车结构房屋 又分为桥式吊车、梁式吊车、悬挂吊车三种。桥式 (梁式)吊车起重量适用于（ 5~20）/5t，A1~A5轻级[2]。 悬挂吊车适用于 1t~3t电动单梁悬挂吊车或 1t~3t 电动葫芦[3]。超跨度、超高、多层的实腹式门式刚架， 因刚架柱梁截面加大，用钢量更大，支撑布置和节 点连接要求更高，风荷载计算更复杂，失去门式刚 架的优势，建议少用。 2荷载及荷载组合 基本风压、风荷载体形系数和屋面竖向均布活 荷载的取值与《 建筑结构荷载规范》不同。因轻型房 屋钢结构风荷载计算资料不完备，基本风压取《 建 筑结构荷载规范》规定值的1.05倍，风荷载体形系 数应根据建筑类型、体型、分区和有效受风面积确 定[4]。当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活 荷载的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值 (按水平投影面积计算)应取 0.5kN/m2，对受荷水平投影面积大于60m2的刚架构 件(这里指刚架柱和梁，而不是屋面板和檩条)，屋面 竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3kN/m2。 荷载组合。门式刚架轻型房屋高度一般小于 18m且屋面坡度较小，屋盖上风荷载的作用方向与 其他竖向活荷载的作用方向相反。当房屋所受的活 ArchitecturalandstructuralDesign 建筑与结构设计 19 荷载以风荷载为主时，在刚架截面荷载效应的最不 利组合中，不应考虑与风荷载效应符号相反的其他 活荷载效应；当房屋所受的活荷载以其它荷载为主 时，与其他活荷载效应符号相反的风荷载效应不应 进入截面荷载效应的最不利组合。 檩条计算时的荷载组合有两种：第一种：1.2永 久荷载+1.4屋面可变荷载，假定屋面能阻止檩条侧 向失稳，按强度计算确定其截面，此时屋面板荷载 取值大不利；第二种：1.0永久荷载+1.4风吸力组 合，根据稳定确定檩条在给定永久荷载下所能承受 的风荷载标准值，此时屋面板荷载取值小不利。 檩条选用时应同时满足两种荷载组合工况，如 在檩条下翼缘附近腹板上增设拉条时，可仅满足荷载 组合Ⅰ。按照风压力和吸力两种情况，合理选用最 不利荷载组合，对防止檩条和墙梁的失稳很重 要。风荷载不与地震作用同时考虑，其余应符 合《 建筑结构荷载设计规范》、《 建筑抗震设计规范》 的规定。 3计算假定 受拉强度按净截面计算，受压强度按有效净截 面计算，变形按毛截面计算。多跨刚架中间柱与斜 梁的连接多按铰接假定计算。门式刚架柱脚采用铰 接还是刚接应根据房屋高度、风荷载大小、土质情 况、有无吊车及吊车吨位等综合考虑。柱脚多按铰 接支承假定计算，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，宜将门式刚架柱脚平面内按刚接假定计算，平 面外按铰接假定计算。变截面门式刚架应采用弹性 分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 确定内力，按平面结构分析内力，可采用 有限元法(直接刚度法)计算。当构件截面全部为等 截面时，才采用塑性分析方法确定内力。当抗震设 防烈度≤7度时，一般不需要进行抗震验算。但8度 时，无论有无吊车,均应进行抗震验算，抗震计算可 采用底部剪力法。 4构件设计 4.1门式刚架设计 根据跨度、有无吊车、吊车形式、吊车吨位等情 况，且为了便于制作，刚架柱可采用等截面柱、变截 面柱、单阶形柱；刚架梁可采用等截面梁、变截面梁 等形式。对于跨度大于30m的斜梁宜起拱。采用变 截面，再适当减少腹板厚度，突破现行钢结构规范 对工字梁受压翼缘宽厚比、柱腹板高厚比和构件长 细比的限值，是减少用钢量的有效途径。 刚架由刚架柱和刚架斜梁两部分组成。 1)梁、柱受压翼缘最大宽厚比和腹板高厚比应 符合规范要求，工字形截面的翼缘不利用屈曲后强 度，当楔形腹板高度变化不超过 60mm/m时，工字 形截面的腹板可利用屈曲后抗剪承载力 (拉力场)， 当腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有 效宽度计算截面特性，腹板高度取平均高度。 2)刚架强度计算，按压弯构件计算，斜梁也可近 似按受弯构件计算。 3)刚架柱平面内稳定计算。根据柱脚铰接或刚 接，是否有摇摆柱，是否有侧移确定计算长度。合理 确定柱内力设计值，对于变截面柱，轴力以小头为 准，弯矩以大头为准，稳定计算时均以小头的有效 截面为准。 4)刚架柱平面外稳定计算。分两段计算，一端弯 矩为零的区段和两端弯曲应力基本相等的区段，平 面外计算长度取支撑点之间的距离，当不满足要求 时应增加侧向支撑点———隅撑，以减小平面外计算 长度，满足平面外稳定要求。 5)柱下端铰接时受剪承载力验算，如不满足应 加强腹板。 6)刚架斜梁计算。斜梁坡度一般较小，轴力对 稳定性的影响较小，故平面内按压弯构件计算强 度，平面外按压弯构件计算稳定性。斜梁平面内的 计算长度可近似取竖向支承点间的距离；斜梁平面 外的计算长度应取侧向支承点间的距离，当不满足 要求时应增加侧向支撑点———隅撑。 柱脚锚栓不承担剪力，只考虑柱脚底板与混凝 土基础面间的摩擦力抗剪，因此多数柱脚抗剪不 足，须设置抗剪键。抗剪键采用在刚架平面方向截 面刚度较大的工字钢(H型钢)等，垂直焊接于柱底 板的底面，抗剪键不应与基础 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的定位钢板焊 建筑与结构设计 ArchitecturalandstructuralDesign 20 接。柱脚锚栓按下柱柱间支撑开间内纵向风力和吊 车刹车力或纵向地震作用的上拔力验算，应计入柱 间支撑产生的最大竖向分力，且不考虑活荷载(或 雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响，恒荷载分项 系数应取1.0，应采用螺纹处的有效截面面积。柱脚 锚栓均需采用双螺母或焊牢，防止在较大风吸力作 用下柱脚锚栓被拔起而导致房屋倒塌。 4.2抗风柱设计 山墙结构体系有刚架体系和构架体系。工程中 常用由抗风柱等组成的刚架体系。抗风柱两端铰 接，不传递刚架梁上端竖向荷载，主要承受风荷载 或墙板自重，按受弯构件设计，注意底部抗剪验算。 抗风柱与刚架的连接宜位于横向支撑节点附近，如 果抗风柱不在横向支撑节点附近，应在支撑节点处 增设斜撑或在支撑节点间增设分配梁。抗风柱上端 均用弹簧板与斜梁的上翼缘或腹板连接，不能连接 于斜梁的下翼缘板，防止斜梁失稳。 4.3屋面板和墙板设计 屋面板和墙板 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 可选用建筑外用彩色镀锌 或镀铝锌压型钢板、夹心压型复合板和玻璃纤维增 强水泥板（ GRC板）等轻质材料。屋面板对檩条、墙 板对墙梁的受力都很重要，选型连接不当，将影响 刚架的整体稳定性，危及结构的安全。如果门式刚 架设计时考虑蒙皮效应，不能机械理解轻型屋面， 如采用石棉瓦，在工程上就可能出问题，因为蒙皮 效应是靠檩条、隅撑和屋面板共同来完成的，要从 规范的编制背景及结构整体考虑。屋面板和墙板应 用自攻螺钉与檩条或墙梁连接。 4.4 檩条设计 檩条有实腹式、空腹式、格构式三种。实腹式有 卷边槽形、斜卷边Z形、直卷边Z形冷弯薄壁型钢。 格构式有平面桁架式、空间桁架式、下撑式。檩条一 般设计为单跨简支构件，实腹式檩条也可设计成连 续构件。当屋面能阻止檩条侧向位移和扭转时仅需 计算檩条在风荷载效应参与组合时的强度，不需验 算整体稳定性；当屋面不能阻止檩条侧向位移和扭 转时不仅需计算檩条在风荷载效应参与组合时的 强度，还需验算整体稳定性；檩条计算时不考虑拉 条侧向支承点的作用。 拉条有三种形式：单层平行拉条(常用)、双层 拉条、单层斜向拉条。当檩条跨度4m6m时， 在檩条跨度三分点处各设置一道拉条或撑杆。斜拉 条应与刚性檩条连接。在风压力作用下拉条布置在 距檩条上翼缘1/3高度的范围内；当风吸力作用下 檩条下翼缘受压时，布置在下翼缘附近；当采用扣 合式屋面板时，拉条位置应根据稳定计算确定。双 层檩条不仅施工麻烦，而且与习惯做法不符，应尽 量少用。檩条之间用拉条从第一根檩条的下翼缘斜 向拉向第二根檩条的上翼缘，再从第二根檩条的下 翼缘斜向拉向第三根檩条的上翼缘，以此类推，这 种方法较好，值得推广。 4.5 墙梁设计 墙梁宜采用卷边槽形、斜卷边Z形冷弯薄壁型 钢。可设计成简支或连续构件；墙梁需承受墙板重 及自重时，应考虑双向弯曲；墙板落地且墙梁与墙 板间有可靠连接时，可不考虑自重引起的弯矩和剪 力，即按单向弯曲考虑。当有条形窗或房屋较高且 墙梁跨度较大时，应计算确定墙架柱的数量。墙梁 在承受朝向墙面板的风压时，应计算墙梁的强度； 墙梁在风吸力作用下，应计算墙梁的稳定性；墙梁 拉条型号设置位置及道数与屋面檩条间的拉条基 本相同。当墙面的竖向荷载有可靠途径直接传至地 面或托梁时(墙面为自承重墙时)，拉条应设在墙梁 内翼缘附近，也可不设拉条。不能任意取消墙梁，这 对结构整体性和构件平面外稳定性没有保证，同时 门窗洞口上下的墙梁应加强。 4.6支撑设计 支撑有屋盖横向水平支撑、纵向水平支撑和纵 向刚架柱间支撑、山墙柱间支撑，与门刚其它构件 共同形成空间结构稳定体系。当房屋高度相对于柱 间距较大时，柱间支撑宜分层设置。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 要求，可不设柱间支撑，但这样不经济。支撑体系是 提高整个门式刚架房屋整体刚度和保证稳定的主 要措施，承担和传递水平力，防止杆件产生过大的 ArchitecturalandstructuralDesign 建筑与结构设计 21 振动，避免压杆的侧向稳定，保证结构安装时的稳 定。交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支 撑中的受压杆件和刚性系杆应按压杆设计。无吊车 时，支撑可采用带张紧装置的十字交叉圆钢（ 非抗 震）或角钢（ 抗震）。圆钢应按螺纹处的有效截面面 积计算，圆钢支撑宜采用花兰螺丝张紧，否则对抗 风和抗震都不利。有吊车时，设角钢支撑。当设有起 重量不小于5t的桥式吊车时，上柱间支撑宜采用单 片角钢支撑，连接于上柱腹板中心；下柱间支撑宜 采用双片角钢支撑，连接于下柱两侧翼缘里侧。支 撑与构件间的夹角应在 30°~60°(普通钢结构 35° ~55°)范围内。在温度区段端部吊车梁以下不宜设置 柱间刚性支撑。 刚架斜梁上横向水平支撑，主要承受纵向风荷 载，按简支于柱顶的水平荷载计算，宜设在温度区 间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第 二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性 系杆。刚架柱间支撑，主要承受纵向风荷载、吊车纵 向制动力、地震力，按支承于柱脚基础上的竖向悬 臂桁架计算。当同一柱列设有多道柱间支撑时，纵 向力在支撑间按均匀分布分配。当无吊车时柱间支 撑间距宜取30m~45m，当有吊车时宜设在温度区段 中部设柱间支撑；当温度区段长度≥90m时宜设在 三分点处设柱间支撑，且间距不宜>60m。当房屋宽 度>60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑；在设有 带驾驶室且起重量大于15t桥式吊车的跨间，应在 屋盖边缘设置纵向支撑桁架。在每个温度区段或分 期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定 结构的支撑体系。柱间支撑应与屋盖横向支撑同一 开间布置，如错开间布置，这对抗震和房屋整体刚 性都不利，无法形成独立的空间支撑体系。 4.7隅撑设计 隅撑有屋面斜梁隅撑和墙架柱隅撑两种，按轴 心受压构件设计，一般应成对布置，防止屋面斜梁 和墙架柱的平面外失稳。在檐口位置，刚架斜梁与 柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处，应各设置一 道隅撑。斜梁隅撑间距若不作计算时不得大于斜梁 下翼缘宽度的16倍，若斜梁翼缘宽度为200mm，至 少每隔一根檩条要设置一根隅撑。采用双层屋面时 也应设置隅撑，防止门式刚架由于受压翼缘屈曲引 起的破坏。隅撑一般采用单角钢制作，连接在刚架 构件下 (内)翼缘附近的腹板上距翼缘不大于 100mm处，每端采用单螺栓连接，与刚架腹板的夹 角不宜小于45°。由于斜梁和柱子是工字形截面的， 且平面外刚度较小，稳定性是由隅撑保证的，隅撑 未设置或设置不当将直接影响结构的稳定。 4.8系杆设计 系杆有刚性系杆和柔性系杆两种。系杆能提高 结构安装、使用阶段的稳定性。刚性系杆一般用钢 管、角钢、H型钢制作。布置在在刚架转折处(单跨 房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱 顶和屋脊,应沿房屋全长设置)、屋面横向水平支撑 交叉点处和吊车梁牛腿顶标高处。当檩条满足压弯 杆件的刚度和承载力要求时，也可兼作刚性系杆， 此时应注意檩条与斜梁的连接，保证轴力有效传 递。柔性系杆一般用钢管、角钢制作，布置在带吊车 门架但没有屋面横向水平支撑的刚架斜梁间，并与 相邻屋面横向水平支撑交叉点处的刚性系杆对应。 5结语 只有合理选用刚架结构形式、正确确定荷载组 合和计算假定、合理布置刚架构件形成空间稳定体 系，才能设计好门式刚架轻型房屋。 【 参考文献】 【 1】02SG518-1门式刚架轻型房屋钢结构(无吊车)[S]. 【 2】04SG518-3门式刚架轻型房屋钢结构(有桥式、梁式吊 车)[S]. 【 3】04SG518-2门式刚架轻型房屋钢结构(有悬挂吊车)[S]. 【 4】CECS102:2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S]. 【 收稿日期】2006-10-24 周敬东（ 1963～），男，江苏南通人，高级工程师、一级 注册结构工程师，从事工业与民用建筑结构设计工作， （ 电子信箱）zjd4418139@sohu.com。 作者简介 建筑与结构设计 ArchitecturalandstructuralDesign 22