轻型门式刚架结构论文

轻型门式刚架结构论文（精选10篇）

轻型门式刚架结构论文 篇1

1 概述

1.1 组成

以轻型焊接H型钢或热轧型钢或冷弯薄壁型钢构成的刚架为主要承重骨架, 以薄壁型钢为檩条, 以压型金属板为屋面墙面, 在外侧设置保温隔热材料的轻型房屋称之为轻型门式刚架。其中, 梁柱大都采用焊接H型钢, 梁柱节点安装跨度不同, 采用不同的连接形式, 对于单跨结构采用刚性连接, 对于多跨采用刚铰并用的原则。钢柱和基础可以采用刚接, 也可采用铰接。建筑围护采用含玻璃棉的压型钢板, 它具备自重小和保温隔热的优点, 所以屋面和墙面都是采用复合结构板, 而主要受力构件 (梁、柱) 均为型钢。

1.2 特点

1) 区别于传统框架结构的砌体填充墙体, 轻型门式刚架的围护结构大多采用压型钢板和玻璃棉组合的材料, 这种材料可以应用在墙体, 也可应用在屋顶, 由于材料的自身容重小, 导致组合产品的整体质量轻, 所以对于轻型门式刚架的承重结构也是非常有利的。由于轻型门式刚架应用多年, 经过市场验证, 单层轻型门式刚架每平方米用钢量约20 kg, 在条件相同的条件下, 自身重量仅仅为传统钢筋混凝土结构的1/25。由于自身重量轻, 相关联的地基处理和基础设计费用也能降低很多。对于上部结构, 在相同地震烈度作用下, 轻型门式刚架地震反应小, 但是由于质量轻, 风荷载对轻型门式刚架的受力影响较大, 所以在做设计时, 风荷载是轻型门式刚架的控制荷载。

2) 轻型门式刚架的主要受力构件均为钢结构工厂现场制作, 质量易于保证, 运输到施工工地后, 只需进行吊装焊接, 施工工序简单, 工期短, 操作平台小, 相应的现场施工人员少。但由于钢结构现场连接常采用焊接和螺栓连接, 故对工人施工技术要求高, 对施工工艺尤其是焊接工艺要求高。

3) 由于钢材的价格高于钢筋混凝土成本, 但由于设计施工周期短, 构件生产加工自动化程度高, 建筑材料种类少, 且便于运输, 故轻型门式刚架总体投资费用相比混凝土结构略低, 周期短也会使资金周转快, 投资效益高。

4) 普通框架结构受材料因素的制约, 往往柱距控制在9 m以内, 超大跨结构很难实现, 而轻型门式刚架由于自重轻, 且钢材的延性弹性较高, 故柱网布置基本不受限制, 柱距大小主要根据使用要求确定。

5) 檩条、墙梁和隅撑的设置使轻型门式刚架的整体稳定性大大增加, 还能减少屋盖的支撑数量。对于轻型门式刚架的梁柱为了节省材料, 可采用变截面构件, 同时由于变截面门式刚架达到极限时, 可能会在多个截面处形成塑性铰, 因此塑性设计不再适用。一些组成构件由于很薄, 在制作、运输、施工中的难度也会增大, 在轻型门式刚架中, 焊接板最小厚度仅仅为3.0 mm, 冷弯薄壁型钢最小厚度为1.5 mm, 压型钢板的最小厚度为0.4 mm, 因此在构件施工焊接时, 如果外力过大, 会造成构件的局部变形, 同样锈蚀问题也是相当严重的。所以在运输施工中要采取必要的保护构件措施, 防止构件因非工程原因而失去结构效果。

1.3 应用

轻型门式刚架结构在我国开展较晚, 随着改革开放和炼钢技术的大提升才有的发展, 主要用于大跨度的厂房、建材仓库、物流仓库、大型超市、小型体育馆等结构, 还有一些房屋加层和简易互动用房。相应的大型钢结构公司也蓬勃发展。

2 设计应用

2.1 结构形式

轻型门式刚架常常被称为山形门式刚架, 是按照其样式形象命名的。结构设计时按照跨度区分为单跨、双跨和多跨结构;按照屋面坡脊数分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。对于多跨轻型门式刚架, 在相同跨度情况下, 多脊多坡和单脊双坡总耗钢量基本相同, 但在考虑雨水排水问题时, 常采用单脊双坡, 而多脊多坡容易产生漏水和堆雪情况, 增加屋面板重量, 出现安全隐患, 所以在实际设计中尽量避免多脊多坡形式。对于无桥式吊车厂房, 当风荷载因素影响不大时, 常常使用单脊双坡轻型门式刚架, 这种情况的中柱可采用上下两端铰接的摇摆柱, 与之相连的梁也构造简单, 而且制作安装都省事, 这些柱不参与结构抵抗受力, 截面选择也更加容易。反之, 若厂房设有桥式吊车时, 中柱需要和基础与梁刚接, 以增加轻型门式刚架的侧向刚度。所以说轻型门式刚架采用边柱和梁的组合形式, 可以承担全部的抗侧力体系, 边柱的高度降低也可以使钢材发挥最好的效果。

对于轻型门式刚架, 柱一般采用等截面构件, 柱脚一般按照铰接支撑设计, 对于有吊车的则采用刚接。轻钢屋面坡度一般取1/20~1/8, 雨水较多的地区坡度选取越大, 越利于排水和防止钢板锈蚀。对于主要梁柱构件, 一般情况柱为单独单元构件, 需采用焊接连接本身;梁属于多单元构件, 可通过设置端板采用螺栓进行单元间的连接。对于起重吊车的吨数, 也要按照相应的级数来确定吊车梁和柱的截面尺寸。

2.2 平面布置

1) 刚架尺寸的选取。轻型门式刚架的跨度一般就是横向钢柱的距离, 一般为10 m~40 m, 常规按3 m的模数, 对于特殊情况也可不按这个要求。为了外围护结构的美观实用, 边柱应保证外侧对齐。钢柱计算高度按地坪至斜梁与柱交点为准, 高度不宜大于9 m, 不宜低于4 m。轻型门式刚架的间距一般取6 m, 7.5 m或9 m, 也可根据荷载条件及使用要求进行改变, 尽量避免大小跨和突变跨。屋面挑檐长度取1 m左右, 不宜大于1.2 m, 坡度与屋脊斜梁相同。对于围护结构, 由于自重轻且截面薄, 所以受温度应力影响较小, 所以温度分区段长度可按照纵向不大于300 m, 横向不大于150 m的要求设置。对于厂房纵向尺寸过于长或者出现特殊情况需要设置伸缩缝时, 可采用双柱设缝或在搭接檩条的螺栓孔采用长圆孔的方式, 并且在屋面板构造上允许伸缩。

2) 墙梁、檩条的设置。檩条应等距设置, 在屋脊处应沿脊两侧各设置一道, 天沟处设置一道, 以保证屋面板尺寸不宜过大和便于固定的要求。檩条间距常按照天窗位置、通风口位置、采光带位置等因素确定。侧墙墙梁应考虑门窗、挑檐、雨篷的要求进行选取。对于压型钢板围护时, 墙梁宜布置在刚架柱的外侧, 其间距应按计算确定。

3) 支撑系统。每个温度区段应设置独立的支撑体系;支撑设置在柱间和屋盖间, 使支撑形成几何不变体系;端部支撑一般设置在第一开间或第二开间, 支撑间距不宜大于45 m, 有吊车时不宜大于60 m, 如果支撑设置在第二开间, 第一开间应设置刚性系杆;对于轻型门式刚架转折处应设置全长刚性系杆, 刚性系杆可由檩条承担作用。支撑虽然不是主要承重构件, 但对于轻型门式刚架结构是不可或缺的。

3 结语

轻型门式刚架结构体系是当地大跨度钢结构应用比较广泛的结构形式, 基本原理和适用条件基本都有相应的规定, 只是在具体工程设计时, 很多细节需要注意, 尤其是支撑和风荷载的考虑。

摘要：基于轻型门式刚架结构的组成与特点, 分析了该结构的应用范围, 并阐述了轻型门式刚架结构选型、平面布置及支撑系统设计的原则, 使轻型门式刚架结构的设计满足相关规范要求。

关键词：轻型门式刚架,结构形式,平面布置,支撑系统,框架结构

参考文献

[1]GB 50017—2003, 钢结构设计规范[S].

[2]GB 50009—2012, 建筑结构荷载规范[S].

[3]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].

[4]陈绍蕃.钢结构 (下册) 房屋建筑钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

门式刚架轻型房屋设计要点 篇2

关键词轻型钢结构；门式刚架；设计要点

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)051-0125-01

轻型门式钢架房屋结构在我国的应用自20世纪60年代开始兴起，90年代以来随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H型钢的出现，轻刚结构在我国进入兴旺发展的时代。

1门式刚架适用范围

门式刚架通常用于跨度为9～36m，柱距一般为6m、柱高4.5～12m、设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑。设置桥式吊车时，宜为起重量不大于20t的中轻工作制（A1～A5）的吊车；设置悬挂吊车时，其起重量不大于3t，在我国，门式刚架已大量用于各类工业厂房、仓库、体育场、会议厅、展览中心和剧院等大型公共建筑以及不同用途的各种活动房屋。

2门式刚架合理跨度的确定

门式刚架一般跨度为9～36m。不同的生产工艺流程和使用功能在很大程度上决定着厂房的跨度选择。轻钢结构设计应在满足业主的生产工艺和使用功能的基础上，确定合理的跨度以取得优良经济性指标。通常是根据房屋的高度确定较为合理的跨度（如图1所示） 。

一般情况下，当柱高、荷载一定时，适当加大刚架跨度，刚架的用钢量增加不太明显，但能节省空间，基础造价低，综合效益较为可观。比如。当檐高为6m，柱距为7.5m，荷载情况（恒荷载0.3kN/m2、活荷载0.5kN/m2、吊挂荷载0.2kN/m2、基本风压0.55kN/m2、无吊车），跨度为18～48m之间的刚架单位用钢量（Q235.B）为18～35kg/m2。当檐高为12m时，跨度在18～48m之间的刚架单位用钢量为25～40kg/m2。可见，刚架用钢量指标随着跨度的增大而增大。因此，在工艺要求允许的情况下，应尽量选择小跨度高度低的门式刚架更为经济，不宜盲目追求大跨度。

3合理柱距的确定

刚架的柱距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关，在刚架跨度较小的情况下，选用较大的刚架间距，增加檩条的用钢量是不经济的。因此，从结合经济分析的角度看，确定合理的柱距才能既节约钢材，又使设计真正做到定型化、专门化、标准化以及轻型化，从而推动门式刚架轻钢房屋结构体系在我国的发展随着柱距的增大，刚架用钢量比例是逐渐下降的。但当柱距增加到一定的数值后，刚架用钢量随着柱距的增大其下降的幅度较为平缓。而其他如檩条、吊车梁和墙梁的用钢量随着柱距的增大而增加，就房屋的总用钢量而言，随柱距的增大先下降而后上升。综合各项用钢量表明，对一定条件下的轻钢房屋而言存在一最优柱距，一般情况下，门式刚架的最优间距在6～9m之问。超过9m时，屋面檩条与墙架体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。

4柱脚设计

对轻钢结构由于存在较大的水平力，对于固接柱脚，还存在较大的弯矩作用，若锚栓离混凝土基础边缘太近，会产生基础劈裂破坏，因此，锚栓离基础边缘的距离不得小于150mm，柱脚底板边缘到基础边缘不小于100mm。柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚或铰接柱脚。刚接和铰接柱脚关键在于锚栓布置，铰接柱脚一般采用两个锚栓，刚接柱脚一般采用四个或四个以上锚栓连接。柱脚的区别在于对侧移的控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，例如有吊车荷载的情况，应将柱脚设计成刚接柱脚，其余情况下，柱脚应设计成铰接。一般情况下，柱底剪力是通过底板和基础顶面的摩擦力来传递的，若不满足要求，则须设置抗剪键来满足抗剪，抗剪键通常情况下采用槽钢制作。为了防止钢结构柱脚锈蚀，钢结构安装完毕后，柱脚在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹（保护层不小于50mm），并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm，当柱脚底面在地面以上时，柱脚底面应高出地面不小于100mm。

5梁、柱截面选取

柱脚刚接的刚架柱宜采用等截面柱或阶形柱。柱脚铰接的刚架柱为了美观及节约钢材，宜采用楔形柱，楔形柱的最大截面高度取最小截面高度的2～3倍为最优截面，楔形柱下端的宽度不宜小于200mm。

门式刚架横梁截面高度一般可按跨度的l/30～l/40（实腹式）或

1/l 5～l/25（格构式）确定，当刚架跨度较小时，刚架横梁也可采用变截面构造，梁分段位置宜取梁中弯矩较小处。当梁跨度较大时，宜在梁柱节点或弯矩较大处加腋，并按加腋段为变截面进行计算。对尺寸较小的构造腋，计算时可不考虑加腋的变截而影响。在无振动荷载作用下，可充分利用腹板屈曲后强度分析构件的强度和稳定性，将构件设计成为高而窄的截两形式。最小截面高度宜取跨度的1/45～1/60，截面高度比一般为3～5，多跨刚架的中柱多采用摇摆柱。

6梁柱连接节点

门式刚架斜梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式。端板竖放用于局部等截面柱。当竖向荷载起控制作用时，将端板横放可减少节点的设计剪力，同时充分利用柱的压力对节点受力的有力作用。如果节点弯矩很大，可采用端板斜放形式，加长抗弯连接的力臂，有利于布置螺栓。端板拼接连接形式有外伸式和平齐式两种情况，端板外伸式节点受力合理，承载力高于平齐式节点，因此应尽量采取外伸式端板连接，同时应在结点板外伸部分设置加劲肋，使靠近受拉翼缘两侧的螺栓受力均匀，接近一致，提高节点的抗剪能力，有效减少节点板的变形。

7支撑和刚性系杆的设置

支撑体系在门式刚架轻钢结构具有十分重要的作用，主要体现在以下几个方面：①将各个平面刚架连接组成具有空间刚度和稳定性的整体结构；②为结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撑点，减少平面外的计算长度；③明确合理、简捷的传递风力，温度应力、地震力及吊车纵向水平刹车力等纵向荷载；④便于屋盖梁安装稳定性和屋盖梁定位。轻型门式刚架结构的标准支撑系统有斜交叉支撑、门架支撑。交叉支撑有柔性支撑和刚性支撑两种，一般情况下采用柔性支撑，有吊车的情况下采用刚性支撑。由于建筑功能和外观的要求，在某些开间内不能设置交叉支撑，这时可以设置门架支撑。连接中间各榀刚架的屋面系杆，一般在檐口、跨中设置三道，有吊车的厂房牛腿位置的系杆可用吊车梁替代，吊车梁与刚架柱采用隅撑连接，以消除吊车梁偏心所产生的影响。

8结语

门式钢架轻型房屋钢结构设计一般采用以概率理论为基础的极限状态设计法，在轻型门式钢架结构设计过程中，通过对设计要点和重点的把握及合理配置，可以有效地起到方便制作、安装，节约钢材用量的作用。轻型门式钢架结构具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点，在工业厂房中得到较为广泛的应用。

参考文献

[1]钢结构设计规范(GB50017-2003)中国计划出版社,2003.

[2]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102:2002),中国计划出版社,2003.

[3]冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB500018-2002),中国建筑工业出版社,2002.

[4]汪一骏等.钢结构设计手册,中国建筑工业出版社,2004.

[5]余刚等.轻型钢结构,中国计划出版社,2006.

作者简介

门式刚架轻型结构设计分析 篇3

关键词：刚架,轻型结构,设计

引 言

门式刚架轻型结构体始于美国。由于门式刚架轻钢结构具有许多其他结构所不具备的优点, 因此这种结构一经推出就得到广泛的应用。国内门式刚架结构体系起步较晚, 是在引进国外相关材料和软件的基础上发展起来的。

早在20世纪60年代初, 中国就对门式刚架轻型结构进行了研究试验, 并应用于试点工程中。但由于过于重视节约钢材和资金, 对建筑钢结构采用限制使用的政策, 使得门式刚架结构体系未得到长足的发展, 设计水平、施工水平, 与国外相比都有较大的差距。

近几年来, 随着国内钢材产量的增加和焊接H型钢的出现, 压型钢板、冷弯薄壁型钢、H型钢的出现和大批量的生产, 特别是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS 102∶98) 颁布实施, 门式刚架轻型结构体系得到了较广泛的应用, 推动了国内设计、成型一体化进程。

1 门式刚架轻型结构特点

门式刚架轻型结构体系是近年来在钢结构建筑中应用相当广泛的一种结构形式。它是用等截面或变截面的焊接H型钢作为梁柱, 以冷弯薄壁型钢作为檩条、墙梁、墙柱, 以彩钢板作为屋面板及墙板, 现场用螺栓或焊接拼接的门式刚架为主要承重结构, 再配以零件、扣件、门窗等形成的比较完善的建筑体系, 即门式刚架轻型结构体系。这种体系可以在工厂批量生产, 现场按要求拼装形成。能有效地利用材料, 构件尺寸小, 自重轻, 抗震性能好, 施工安装方便, 建设周期短, 能够形成大空间、大跨度, 具有外表美观, 适应性强、造价低、易维护等特点。

(1) 质量轻

围护结构采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成, 屋面、墙面的质量都很轻。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10～30 kg/m2, 在相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的1/20～1/30。由于结构质量轻, 相应地基础可以做得较小, 地基处理费用也较低。同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时, 风荷载可能成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。

(2) 工业化程度高, 施工周期短

门式刚架结构的主要构件和配件多为工厂制作, 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;构件之间的连接多采用高强度螺栓连接, 安装迅速。

(3) 综合经济效益高

门式刚架结构通常采用计算机辅助设计, 设计周期短、原材料种类单一、构件采用先进自动化设备制造、加工速度快、运输方便等。所以门式刚架结构的工程周期短, 资金回报快, 投资效益相对较高。

(4) 柱网布置比较灵活

传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制, 柱距多为6 m, 当采用12 m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。

2 设计原理及注意事项

2.1 注意事项与构造

2.1.1 注意事项

(1) 由于门式刚架结构构件的抗弯刚度、抗扭刚度较小, 结构的整体刚度较弱, 因此设计时应考虑运输和安装过程中要采取的必要措施, 防止构件发生弯曲和扭转变形。

(2) 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。

(3) 组成构件的杆件较薄, 设计中应考虑制作、安装、运输的要求。

(4) 设计中应充分考虑锈蚀对结构构件截面削弱的影响。

(5) 门式刚架的梁柱多采用变截面杆件, 梁柱腹板在设计时考虑利用屈服后的强度, 所以塑性设计不再适用。

(6) 设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理, 比如风力可使轻型屋面的荷载反向等。

2.1.2 结构形式

门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨, 按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20～1/8。单脊双坡多跨刚架, 用于无桥式吊车的房屋时, 当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时, 依据“材料集中使用的原则”, 中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。门式刚架的柱脚多按铰接设计, 当用于工业厂房且有桥式吊车时, 宜将柱脚设计成刚接。门式刚架上可设置起重量不大于3 t的悬挂吊车和起重量不大于20 t的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式吊车。

2.1.3 结构布置

(1) 刚架的建筑尺寸和布置

门式刚架的跨度宜为9～36 m, 当柱宽度不等时, 其外侧应对齐。高度应根据使用要求的室内净高确定, 宜取4.5～9 m。门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素, 一般宜取6 m、7.5 m、9 m。纵向温度区段小于300 m, 横向温度区段小于150 m (当有计算依据时, 温度区段可适当放大) 。

(2) 檩条和墙梁的布置

檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定, 一般应等间距布置, 但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道, 在天沟附近布置一道。侧墙墙梁的布置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设置和围护材料的要求确定。

(3) 支撑和刚性系杆的布置

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。在设置柱间支撑的开间, 应同时设置屋盖横向支撑, 以构成几何不变体系。端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定, 一般取30～45 m, 有吊车时不宜大于60 m。

当房屋高度较大时, 柱间支撑应分层设置;当房屋宽度大于60 m时, 内柱列宜适当设置支撑。当端部支撑设在端部第二个开间时, 在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。在刚架的转折处 (边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶) 应沿房屋全长设置刚性系杆。由支撑斜杆等组成的水平桁架, 其直腹杆宜按刚性系杆考虑。刚性系杆可由檩条兼做, 此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚度要求, 当不满足时可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其他截面形式的杆件。当房屋内设有不小于5 t的吊车时, 柱间支撑宜用型钢;当房屋中不允许设置柱间支撑时, 应设置纵向刚架。

2.2 刚架设计

2.2.1 荷载及荷载组合

(1) 永久荷载

永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载, 如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。

(2) 可变荷载

可变荷载包括屋面活荷载 (设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载, 其标准值为1 kN) 、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。

(3) 荷载组合

荷载组合一般应遵从《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2002的规定, 针对门式刚架的特点, 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102∶98给出下列组合原则:

屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑, 应取两者中较大值。积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑。施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑。多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》的规定。当需要考虑地震作用时, 风荷载不与地震作用同时考虑。

2.2.2 刚架内力和侧移计算

(1) 内力计算

对于变截面门式刚架, 应采用弹性分析方法确定各种内力, 只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法 (直接刚度法) 编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。

根据不同荷载组合下的内力分析结果, 找出控制截面的内力组合, 控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有:最大轴压力Nmax和同时出现的弯矩M及剪力V的较大值。最大弯矩Mmax和同时出现的轴压力N及剪力V的较大值。最小轴压力Nmin和相应的弯矩M及剪力V, 出现在永久荷载和风荷载共同作用下, 当柱脚铰接时M=0。

(2) 侧移计算

变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定, 计算时荷载取标准值, 不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求, 需采用下列措施之一进行调整:放大柱或 (和) 梁的截面尺寸, 改铰接柱脚为刚接柱脚;把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。

2.3 刚架柱和梁的设计

(1) 梁柱板件的宽厚比限值和腹板屈曲后的强度利用 (主要包括梁柱板件的宽厚比限值验算、腹板屈曲后强度利用验算、腹板的有效宽度验算等内容) 。

(2) 刚架梁柱构件的强度验算。

(3) 梁腹板加劲肋的配置 (梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋) 。

(4) 变截面柱在刚架平面内的计算长度确定。

(5) 变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算。

(6) 变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算。

(7) 斜梁和隅撑的强度和稳定性计算。

(8) 节点设计 (包括斜梁与柱的连接及斜梁拼接、柱脚设计、牛腿设计、摇摆柱与斜梁的连接构造等内容) 。

2.4 压型钢板设计

(1) 压型钢板材料的选择可根据建筑功能、使用条件、使用年限和结构形式等因素考虑, 钢板基板的材料有Q215钢和Q235钢, 工程中多用Q235-A钢。

(2) 压型钢板的截面形式较多, 根据波高的不同, 一般分为低波板、中波板和高波板。波高越高, 截面的抗弯刚度就越大, 承受的荷载也就越大。

(3) 压型钢板的强度和挠度可取单槽口的有效截面按受弯构件计算。计算内容包括压型钢板腹板的剪应力计算、支座处腹板的局部受压承载力计算、挠度限值验算等。

(4) 压型钢板尚应满足其他相关构造规定。

2.5 檩条设计

(1) 檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度不大于9 m时, 应优先选用实腹式檩条。

(2) 檩条属于双向受弯构件, 在进行内力分析时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。

(3) 檩条应进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。

(4) 檩条尚应满足其他相关构造规定。

2.6 墙梁、支撑设计

(1) 墙梁一般采用冷弯卷边槽钢, 有时也可采用卷边Z形钢。

(2) 墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下, 也是双向受弯构件。

(3) 墙梁应尽量等间距设置, 在墙面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿处应设置一道墙梁。为减少竖向荷载作用下墙梁的竖向挠度, 可在墙梁上设置拉条, 并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱。

(4) 墙梁可根据柱距的大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁。

(5) 门式刚架轻型结构中的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及刚性系杆按压杆设计。

(6) 刚架斜梁上横向水平支撑的内力, 根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算, 并计入支撑对斜梁起减少计算长度作用而承受的力, 对于交叉支撑可不计入压杆的受力。

(7) 刚架柱间支撑的内力, 应根据该柱列所受纵向风荷载按支承于柱脚的竖向悬臂桁架计算, 并计入支撑对柱起减少计算长度而应承受的力, 对于交叉支撑可不计压杆的受力。当同一柱列设有多道柱间支撑时, 纵向力在支撑间可平均分配。

2.7 山墙结构体系

门式刚架轻型结构中的山墙结构体系除承受山墙端部的屋面竖向荷载外, 同时还承受山墙横向和纵墙端部的水平风荷载或地震荷载。一般采用如下两种形式:刚架端墙体系 (见图1) 和构架端墙体系 (见图2) 。前者是由中间标准跨相同的刚架、抗风柱和墙梁组成, 简称刚架体系;后者的组成包括端斜梁、支承端斜梁的构架柱 (如柱脚铰接, 则包含山墙墙面支撑系统) 及墙梁, 简称构架体系。以上两种体系各有特点, 但在实际工程中以刚架体系居多。现行《门式刚架轻型房屋钢结构》 (02SG518-1) 标准图中采用的就是刚架体系。

2.7.1 刚架体系

刚架体系有两部分组成, 一是刚架, 其截面与中间标准刚架相同, 承受端部屋面竖向荷载、纵墙端部的水平荷载或地震荷载;另一部分为山墙抗风系统, 承受山墙风载和墙面中立荷载, 根据抗风柱布置位置的不同, 一般包含抗风柱 (在标准图集中一般设置墙面支撑和刚性系杆) 和墙梁等构件。刚架体系中刚架的受载面积一般为标准垮的一半。抗风柱两端交接, 一般通过构造释放上端竖向约束, 不传递刚架梁上的竖向荷载, 主要承受风载和墙板自重, 但水平风荷载的作用远大于墙板自重, 因此抗风柱按受弯构件设计, 其计算模型见图3。

墙梁承受风荷载和墙板自重产生的竖向荷载, 属双向受件。刚架体系构造上的特点, 使其具有设计制作简单、方便施工及支撑体系和吊车梁的布置等优点。这是由于端墙刚架一般与中间标准刚架完全相同, 因此无须进行单独设计和加工, 在建筑建行改扩建时, 不必将山墙构架整体拆除, 因而便于施工;同时, 端墙刚架与相邻刚架的截面尺寸相同, 容易处理与支撑的连接节点, 可以把结构的支撑的连接节点, 可以把结构的支撑系统设置在端开间。此外, 在有吊车的厂房中, 能满足将吊车梁延伸到建筑端部的要求。虽然刚架体系具有以上优点, 但结构的用钢量少增加。

2.7.2 构架体系

构架体系的竖向承重系统和山墙抗风系统由构架柱、屋面斜梁和墙梁构成, 若构架柱柱脚为铰接时则应包含支撑系统和刚性系杆。构架柱上端与山墙斜梁铰接, 承受端部屋面竖向荷载、山墙和纵墙端部的水平荷载或地震荷载, 为压弯构件。构架柱的计算模型见图4。

斜梁简支在构架柱顶部, 一般采用平接, 因此斜梁按两端简支的受弯构件设计。墙梁承受风荷载和墙板产生的竖向荷载, 但在构架体系中墙梁与构架柱间多采用平接, 故按简支双向受弯构件设计构架体系的优点为整体性好、外观轻便。山墙构架一般由冷弯薄壁C型钢组成, 构架柱与墙梁平接及墙板的蒙皮效应, 使构架体系具有较好的平面刚度, 能有效的抵抗作用在端墙附近的边墙上的横向风荷载。构架体系中柱间距不大, 单根构架承担的荷载较小, 因此可选用较小的薄壁截面。构架柱与墙梁平接, 构架柱的间距较小, 构件的数量增加, 节点数增多, 施工更方便。

山墙斜梁的截面及板件的厚度与相邻的刚架相比均较小, 且斜梁在构架柱处不连续, 导致支撑系统连接节点构造困难。因此, 一般将支撑系统设置在第二开间, 同时在第一开间内设置刚性系杆, 将山墙构架柱的风荷载传递到设有支撑的开间。构架体系的优点为整体性好、外观轻便。山墙构架一般由冷弯薄壁C型钢组成, 构架柱与墙梁平接及墙板的蒙皮效应, 使构架体系具有较好的平面刚度, 能有效的抵抗作用在端墙附近的边墙上的横向风荷载。构架体系中柱间不大, 单根构架承担的荷载较小, 因此可选用较小的薄壁截面。

2.7.3 刚架体系与构架体系的对比分析

综上分析, 刚架体系便于设计施工, 具有广泛的实用性, 但用钢量略有增加。构架体系多采用“有效截面”的概念进行设计, 设计过程较复杂;此外, 构件间平接, 不便于施工, 体系自身的用钢量虽小, 但由于在第一开间内须设置刚性系杆, 有分析表明, 轻便的构架体系并不能从整体上减小用钢量;此外, 由于构造特点使其使用范围具有一定的局限性。因此, 建议在工程中宜优先选用刚架体系。

2.8 露式柱脚的设计

外露式柱脚在门式刚架中可以做成铰接和刚接。它构造虽较简单, 但设计方法和要求并未列入现行《钢结构设计规范》 (GB50017-2003) 和其他规程, 有关教材介绍也较简单, 实际工程应用也很不规范。

铰接柱脚可将柱的轴力和剪力传给基础。柱的轴向压力通过底板直接传给基础, 拉力由底板经锚栓传给基础。为了经受柱脚产生的假想转动, 锚栓是采用专门的制品, 我国未规定专用钢材, 宜采用延性较好的Q235制作, 必要时也可采用Q345制作。外露式柱脚虽然按铰接假定设计, 但某种程度的转动约束是不可避免的。其结果, 上部框架多少受到由此引起的内力, 而基础则受到一定弯距, 因为这些都产生不利影响, 设计时应给予必要考虑。

3 结束语

重视钢结构的使用、扩大钢结构的使用范围, 发展应用广泛的轻型钢结构, 可加快我国经济建设速度, 并为钢材消费提供客观的市场的开发与占领。

参考文献

[1]CECS 102∶2002.门式刚架轻型房屋刚结构技术规程[S].中国工程建设标准化协会, 2002.

[2]GB 50007-2002.建筑地基基础设计规范[S].中国建设部, 2002.

轻型门式刚架结构论文 篇4

轻型钢结构门式刚架柱间支撑有哪些设置？

轻钢门式刚架房屋是否必须设置柱间支撑?从理论上讲，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”(CECS102：)要求，可以不设置柱间支撑，但是，对于同一结构，一种情况设置柱间支撑，另一种情况不设置柱间支撑，通过计算机建模分析可发现，不加支撑时，大部分节点的变形值是设柱间支撑时的5～10倍；因此，为控制柱顶位移，不设柱间支撑时，往往要增加柱、梁的截面，从而增加结构的用钢量。另外，设置柱间支撑还可以提高钢结构的抗震性能；纵向设计成刚接刚架，也不容易实现。因此，轻钢门式刚架房屋宜设置柱间支撑。在设计集贸市场时，四周布置店面，外墙往往不允许设置交叉或斜向支撑，此时，可在需设置柱间支撑的柱间设置一小刚架，该刚架柱脚设计成刚接，柱顶与相邻柱铰接相连，通过此小刚架来传递纵向水平力，即用此小刚架来代替柱间支撑，

设中间摇摆柱的门式刚架，如果边柱柱间支撑、屋面支撑等均已设置，需设中柱的柱间支撑吗?设不设中柱柱间支撑从理论上讲不是绝对的，只要边柱有支撑，屋面有支撑，并形成一个空间体系，只要此体系有足够的平面刚度、侧向刚度，且有足够的承载力，能保证中柱的平面外稳定，中柱当然可以不设支撑。如果工艺允许，中柱还是应设置柱间支撑，这样各柱列纵向刚度较均匀，纵向水平力传力途径较短，结构用钢量少，较为经济。如果受工艺限制，厂房中柱不允许设置柱问支撑，此时为保证中柱纵向有一定的刚度，应将中柱纵向设计成刚接刚架，或在柱顶设置桁架，纵向设置成类似框架的结构形式；并取刚架的计算长度作为中柱的平面外计算长度进行计算；同时，边柱的柱间支撑、屋面支撑应按空间分析来确定。

轻型门式刚架结构论文 篇5

关键词 特点；挠度；抽柱

中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0118-01

最近几年，我国经济出现了快速发展，我国钢铁业也得到了很大的发展，产量增加品种也变的多样化。轻钢结构的各方面的质量标准都出现很大的提高，这就给我国钢结构发展创造了条件。钢结构在我国建筑行业得到广泛的使用，尤其是在厂房方面使用更加突出，这给设计方面提出更高的要求。

1 门式刚架结构的形式和特点

1）门式钢架的结构形式。门式钢架的结构形式按照不同的分类的分类方法有很多种类。根据横截面分可以分为变截面和等截面。根据结构选材可分为普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊成。根据构件体系不同可以分为格构式和有实腹式；格构式的横截面为矩形或三角形，实腹式钢架的横截面大部分为H型。

2）门式钢架结构的特点：①用钢量少、自重轻。门式刚架轻钢结构的重量只有普通钢结构重量的1/2-1/3，钢筋混凝土结构的1/8-1/10。这是由于其采用围护防水一体化的轻质多功能新型屋面和墙体材料，荷载的重量减少了很多，而且起承重构件基本上使用高强度钢，结构自重也很小；②适应性强.门式结构钢结构便于拆卸，方便零时住宅，而且其结构形式可以复杂灵活多变，可用于工艺、规模和用途不同的各类建筑；③施工速度快、周期短.单元之间在现场用螺栓相连，安装方便快速。基础简单，土建施工量小。钢结构构件可以全部在工厂制作，基础简单，土建施工量小，单元之间在现场用螺栓相连，安装方便快速，工地拼装施工简便、迅速、工期短；④经济、实用、美观.钢结构厂房外观别致新颖，而且空间的使用效率也很高，有超强的时代感。钢结构厂房综合效益也比较高，造价相对合理，而且投资见效很快。

2 门式轻型房耀钢结构设计

1）屋面活荷载取值。《钢结构设计规范》规定，如果屋面不上人其活荷载取0.5 kN/m2，但是一旦构件的载面超过60平方米，那么就可以乘0.6的折减系数。门式钢架基本上上都符合此条件，要与钢结构设计规范相一致，所以可取0.3 kN/m2。对荷载效应组合还必须满足以下条件：不需要同时考虑雪荷载和屋面均布活荷载，两者中取最大的即可；必须考虑屋面均布荷载和雪荷载两者中的最大值和积灰荷载；必须同时考虑屋面材料或檩条自重以外的其他荷载和检修或者施工集中荷载；多台吊车的组合应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定；不需要同时考虑地震作用和风荷载。在进行荷载计算的时候要避免重复的计算，要按荷载效应组合原则进行组合计算，避免各方面的浪费。

2）斜梁设计过程中长度的取值。在屋面坡度比较小的时候，刚架平面内可以按照钢结构设计规范的规定下按压弯构件计算强度。当斜梁轴力小的时候，计算长度可近似取竖向支承点间的距离在刚架平面内。在屋面坡度比较大的时候，在刚架平面内外轴力对稳定性的影响不能忽略。在平面外计算长度时，一般取侧向支撑点距离。屋面系杆支撑系统的约束作用、隅撑与檩条共同对F翼缘的作用、屋面板和檩条对上翼缘的约束作用等方面约束着钢梁上下翼缘。但是计算过程中取受压翼缘侧向支撑点的最大距离，以隅撑的设置作为钢梁平面外的计算长度。对于隅撑的位置设置可以根据钢梁平面外计算长度进行确定。

3）构件的挠度问题。当门式刚架斜梁只有冷弯型钢檩条和支承压型钢板屋面时，构件的竖向挠度限值为L/180（有悬挂起重机时取L/400，有吊顶时为L/240，其中L为构件的挠度）。在结构跨度较大的时候，在一定设计荷载情况下，挠度值控制控制着构件截面尺寸。一些设计师忽略了控制挠度，只认识结构设计强度满足就行了。而实际上挠度除了影响建筑的正常使用还影响着其他很多方面，比如在屋面排水坡度较小的时候，挠度小了会造成屋面积水，甚至漏水，更甚至保温棉渗水而造成屋面荷载变大给结构的安全带来威胁。在设计的时候，可以加设摇摆柱来去除挠度的控制作用，降低由于挠度控制导致截面出现过大的问题在刚架跨度过大，挠度很难控制的时候。

4）结构形式及布置方面。门式刚架轻型房屋钢结构设计时，外墙通常采用冷弯薄壁型钢墙梁和压型钢板墙面板，主刚架可采用变截面实腹刚架，屋盖通常采用冷弯薄壁型钢檩条和压型钢板屋面板。跨度、高度和截面的不同，等截面实腹焊接丁字形截面或变截面或轧制II形截面在门式刚架的梁和柱中使用。吊车梁的设计过程中，对于柱一般采用等截面构件。柱脚的设计一般按铰接支撑设计，通常设一对或两对地脚螺栓的平板支撑。柱脚采用铰接可以通过柱脚刚接弯矩过大而出现的基础计算增大而引起的基础混凝土方面造价增大的问题。如果有吊车厂房，为了使吊车平稳运行采用刚接柱脚好点。对于有隔热要求的屋面，使用隔热卷材来做保温层达到隔热的效果。

5）屋盖铰接问题。在混凝土柱，钢结构屋盖厂房设计计算时，屋面的钢梁和混凝土柱面要设置成铰接来计算，这样可以避免由于施工过程中不能做到真正意义上的刚接，而设计师却把钢梁和混凝土柱连接的地方进行刚接计算出现的结构安全隐患。

6）抽柱问题。对厂房设计的过程中，对空间的使用方面有时候都会产生影响，通过支撑屋架梁和托梁的使用采用抽柱形式的屋架。部分设计师在对抽柱的计算时候，抽柱屋架只是把标准屋架删掉柱子，简单的加上一个托梁和屋面梁的铰接点即可。这种情况下就会由于钢柱约束弯矩在原来钢粱在檐口位置传递，屋面弯矩就会因为使用托梁形式，屋面梁与托梁只能是按铰接受力而变的最大，而截面则会最小。而且在对屋架抽柱的计算过程中，托梁与屋架之间的弹性约束就需要进行考虑，就是托梁与屋面梁连接的地方不是仅仅按照铰接计算，而是按弹性支座进行设置，而且要计算支座对钢梁之间的约束作用。对厂房抽柱计算的时候，建议采用整体建模计算的方法，先选截面，整体上对结构的受力进行计算。

7）有吊车设计图纸的标识问题。对厂房吊车荷载的计算，图纸中要标明吊车的型号与数量，吊车的起重质量和跨度等方面的数据。不要出现因图纸标准问题而出现和设计要求的吊车不一样的问题而造成出现各方面的问题。

3 结束语

随着我国这方面技术的发展，门式轻型屋面钢结构发展得到广泛的应用，技术方面也越来越成熟。但是很多方面问题任然需要改善。在对钢结构厂房设计的时候，设计师既要尽量满足业主对使用方面的要求，还有满足设计各方面的要求。在设计过程中努力做到即经济合理，又要安全可靠。

参考文献

[1]胡宝琳.轻型钢结构厂房的设计与研究[J].钢结构,2004,5.

[2]樊永华,门式刚架设计应注意的问题[J].PKPM新天地,2008,3.

[3]吴大理 浅谈门式刚架轻型房屋钢结构设计[J].科技风,2009,24.

[4]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102：2002).中国计划出版社,2003.

[5]徐岩峰,吴春华.门式刚架轻型房屋钢结构设计的探索[J].林业科技情报,2009.

轻型钢结构门式刚架设计探讨 篇6

1 关于柱间支撑的设置问题

轻钢门式刚架房屋是否必须设置柱间支撑?从理论上讲, 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” (CECS102:2002) 要求, 可以不设置柱间支撑。但是, 对于同一结构, 一种情况设置柱间支撑, 另一种情况不设置柱间支撑, 通过计算机建模分析可发现, 不加支撑时, 大部分节点的变形值是设柱间支撑时的5~10倍;因此, 为控制柱顶位移, 不设柱间支撑时, 往往要增加柱、梁的截面, 从而增加结构的用钢量。另外, 设置柱间支撑还可以提高钢结构的抗震性能;纵向设计成刚接刚架, 也不容易实现。因此, 轻钢门式刚架房屋宜设置柱间支撑。

设中间摇摆柱的门式刚架, 如果边柱柱间支撑、屋面支撑等均已设置, 需设中柱的柱间支撑吗?设不设中柱柱间支撑从理论上讲不是绝对的, 只要边柱有支撑, 屋面有支撑, 并形成一个空间体系, 只要此体系有足够的平面刚度、侧向刚度, 且有足够的承载力, 能保证中柱的平面外稳定, 中柱当然可以不设支撑。如果受工艺限制, 厂房中柱不允许设置柱间支撑, 此时为保证中柱纵向有一定的刚度, 应将中柱纵向设计成刚接刚架或在柱顶设置桁架, 纵向设置成类似框架的结构形式;取刚架的计算长度作为中柱的平面外计算长度进行计算;同时, 边柱的柱间支撑、屋面支撑应按空间分析来确定。

2 轻钢门式刚架的柱脚采用铰接还是刚接

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS102:2002) 第4.1.4条规定:“门式刚架的柱脚多按铰接支承设计, 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, 宜将柱脚设计成刚接。”但笔者认为:门式刚架的柱脚是采用铰接还是刚接还要看房屋的高度和风荷载的大小, 如果房屋的高度较大而风荷载也较大, 就是无吊车, 如柱脚采用铰接, 柱顶位移较大, 为控制柱顶位移要增大梁柱断面, 增加用钢量;另外, 门式刚架的柱脚是采用铰接还是刚接还要考虑土质情况及基础造价。因此, 选用何种柱脚形式要根据房屋的高度、风载大小、有无吊车、吊车的吨位和工作情况及土质情况等综合考虑。

3 有关檩条兼做刚性系杆的问题

檩条能否兼做刚性系杆, 从理论上讲应该是可以的。但必须按压弯构件计算且满足压弯构件的刚度要求;此时, 其弱轴回转半径应加大, 通常是选2根C型檩条背靠背采用螺栓或焊缝连接起来, 组成一个类似工字型的组合截面。檩条兼做刚性系杆, 檩条与钢梁的连接也很重要, 如采用M12的普通螺栓, 一般檩条为2.0~3.0mm厚, 即使螺栓抗剪足够, 板件的承压也不能满足。该处应采用摩擦型连接的高强螺栓 (8.8级) , 且檩条上不能开长圆孔, 因为檩条上开长圆孔后将无法传递轴力, 故应按摩擦型连接螺栓要求开孔 (比螺栓公称直径大1.5~2.0mm) 。钢结构为安装方便, 在檩条上几乎都开长圆孔, 就不宜用檩条兼做刚性系杆, 而应采用钢管、H型钢或其他截面的杆件做刚性系杆。

4 能否考虑围护砖墙对钢柱的平面外约束作用

轻钢门式刚架厂房, 当四周采用砖围护墙时, 一般在钢柱外皮设置构造柱, 在窗顶设置通长圈梁, 圈梁和构造柱浇为一体。此种情况, 能否将圈梁作为钢柱的平面外支承点?有些人认为由于圈梁和钢柱通过可靠连接, 因此圈梁可以作为钢柱的一个平面外支承点, 甚至还可考虑砖围护墙对钢柱的平面外约束作用。

但笔者认为上述观点值得商榷。理由如下:1) 假定混凝土圈梁和砖墙能对钢柱平面外起到约束作用, 其作用点在钢柱的外皮, 而钢柱主要是内皮受压, 效果显然不好。2) 由于砖墙、混凝土与钢构件是完全不同的材料, 在最不利荷载的作用下, 可能会引起砖墙, 混凝土较早开裂, 使钢柱失去侧向的约束作用, 从而造成钢柱平面外失稳。一般宜采用设置系杆的方法来减少柱平面外计算长度。需注意的是系杆不能互为支撑, 系杆必须连到合适的支撑体系 (如柱间支撑) 或结构某个独立稳定的部分。

5 屋面排水问题

轻钢厂房因天沟排水不畅而溢水至室内, 影响正常使用的情况偶有发生, 分析其原因主要是设计不尽合理。在混凝土屋面上, 内天沟里的水涨到屋面上, 一般也不会出现漏水问题, 因此《建筑给水排水设计规范》 (GB50015-2003) 规定雨水管道的设计重现期仅为一年, 立管排泄不完的雨水, 允许涨出天沟通过屋面从厂房山墙上的安全溢水口排泄。而轻钢厂房的屋面板和天沟都是预制钢构件, 板缝的密封性能远远不如混凝土屋面, 因此在设计屋面排水时, 不宜套用混凝土屋面排水的传统概念, 如屋面面积每200m2设一根雨水管等。轻钢厂房的屋面排水宜尽量不用内天沟排水, 多跨厂房也采用两坡屋面, 在特大暴雨时雨水管排不完的雨水可从外天沟的外侧排到地面, 确保厂房内不漏水。另外, 宜每一个柱距设置一根雨水管。

6 柱脚的抗风措施

在工程实例中, 有的刚架在大风时柱子被拔起, 其主要原因不是刚架计算失误, 而是设计柱间支撑时未考虑支撑传给柱脚的力, 尤其是房屋纵向尺寸较小时, 只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载, 支撑传给柱脚的拉力很大, 若柱脚没有采取可靠的抗拔措施, 很可能将柱子拔起, 因此, 在风荷载较大的地区刚架柱受拉时, 在柱脚应考虑抗拔构造, 如锚栓端部设锚板等。

7 总结

总体来看, 轻型门式刚架结构设计应遵守以下原则:1) 保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构, 它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系, 结构只有组成空间稳定整体, 才能承担各种荷载和其他外在效应。2) 明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递全过程中产生的效应。3) 设计必须体现计算和构造的一致性。

还有就是在实际工程设计中, 由于门架变截面件的截面尺寸需要经过多次试算才能确定, 加之目前设计人员的设计经验还不够丰富, 杆件截面的选择也不尽合理, 容易造成整体结构各杆件应力不均, 不仅经济指标不够理想, 而且整体结构的安全度也不高, 为了安全、经济地设计门式刚架, 还需要设计人员进一步研究我国的设计观念和存在问题, 确保工程的设计质量, 推动门式刚架轻型钢结构的进一步发展。

摘要：自进入20世纪90年代以来, 我国钢结构建筑的发展十分迅速, 轻钢结构的发展更是如火如荼。轻型钢结构门式刚架采用了轻型材料, 因而结构自重轻, 基础造价低;同时, 钢材耗量少, 主钢结构的造价也相对较低。因此, 轻钢门式刚架在工业厂房、仓库飞机库、集贸市场、体育场馆、航空港和商业建筑中越来越得到人们的青睐。

浅谈轻型门式刚架结构优化设计 篇7

1.1 主要特点。

1.1.1工期短, 5000平方米到10000平方米的单层房屋一般建造完成只需100天左右。可见, 运用门式刚架可以大大缩短工期, 加快投资回收。1.1.2重量很轻, 其结构的重量是只混凝土结构的1/10-1/12。是常用钢结构的1/2-1/3。1.1.3内部形式新颖。1.1.4在造价成本上可以和钢筋混凝上的造价基本达到持平。1.1.5产品能够形成标准化、系列化以及工厂化的现代生产规模。

1.2 轻型门式刚架结构的应用。

门式刚架通常用于跨度为9-36m, 柱距为6m, 柱高为4.5-9m, 设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑, 主要在以下方面得到应用:1.2.1单层的工业厂房。门式刚架轻钢结构由于重量轻, 跨度大且易于组合, 是建造单层厂房的优选结构形式。1.2.2单层仓储建筑, 采用门式刚架轻钢结构外形美观, 库内空间大, 施工周期短, 改建或转向容易。1.2.3商业建筑。1.2.4文娱设施和体育馆。

2 轻型门式刚架的结构设计

2.1 极限状态。

极限状态设计法是基于这样的认识:不同类型的荷载, 如恒载、载、风载、地震等, 具有不同的分布规律, 并且其超载概率也不同。许应力法相比, 极限状态设计法引入了荷载分项系数, 这些系数对于不同的荷载和不同的极限状态具有不同的数值;不同的材料也具有不同的材料抗力分项系数。极限状态设计法是建立在统一的可靠度指标上的, 因而使结构具有一致的有效概率, 能得到更为合理的荷载及其效应组合, 从而导致更为经济和安全的设计结果。结构设计的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。其中, 结构构件的强度、整体稳定、局部稳定验算属于承载能力极限状态的范畴, 结构及其构件的位移和刚度验算属于正常使用极限状态的范畴, 一般而言, 设计时应首选择截面, 使结构满足承载能力极限状态的要求, 然后校核其是否满足正常使用极限状态。2.1.1承载能力极限状态。结构的承载能力极限状态是指结构要设计荷载作用下不发生强度或稳定破坏的极限状态。结构的荷载效应是结构构件及其连接在荷载作用下的内力 (或应力) , 由结构分析理论计算得到。各类结构分析或设计软件 (如ANSYS, SAP, 3D3S等) 是很有效和方便的计算手段。结构抗力是构件截面和连接节点的强度以及构件的稳定承载力等。必须注意, 计算承载能力极限状态时, 荷载效应和结构抗力都是指设计值。2.1.2正常使用极限状态。除了满足结构的承载能力极限状态外, 设计者还必须确保结构在使用荷载下能令人满意地完成其预定功能。对于轻型门式刚架结构而言, 正常使用极限状态是指结构和构件的位移满足相应的容许值, 这可以通过验算结构的变形来确保;同时结构和构件不产生振动, 这可以通过限制构件的长细比来确保。

2.2 门式刚架设计。

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》5.1.1规定:变截面门式刚架应采用弹性分析方法确定各种内力。仅在构件全部为等截面时才允许采用塑性分析方法, 并按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017规定进行设计。

2.2.1 刚架的弹性设计法

内力分析:刚架结构的主要构件是横梁和柱, 其内力可按一般结构力学方法或利用静力计算的公式、图表进行。构件的计算长度:刚架平面内的计算长度H。按下式计算:

式中H-刚架柱的高度, 自基础顶面到柱与横梁轴线交点的距离;U-刚架柱的计算长度系数。

2.2.2 刚架的塑性设计法。

设计特点:塑性设计法是建立在钢材具有充分塑性变形能力的基础上。在超静定结构中当荷载达到一定数值时, 某些截面将随着塑性变形的深入发展而形成塑性铰, 使各截面产生应力重分布, 从而提高结构的极限承载力。塑性设计能较好的反映结构的实际情况, 比弹性设计可节约钢材10～20%, 适用于实腹刚架和连续梁刚架的设计。内力分析:塑性设计的内力分析, 不能采用将各种荷载作用下的内力图相叠加的方法进行计算, 而应按各种可能的荷载组合分别进行内力分析, 找出各种可能的破坏机构和计算相应的塑性弯矩, 然后从中取最大值。

3 轻型门式刚架结构的优化设计

3.1 合理跨度的确定。

在设计中, 应该根据具体房屋的高度从而确定合理的跨度。总体来说, 当荷载和柱高是已定时, 我们在设计中就适当加大房屋的跨度, 这样以来, 刚架的用钢量整体增加不是很明显, 但却很大程度上节省了空间。我们通过具体大量的计算得出当檐高为7m、柱距为8.5m、荷载情况完全一致情况下, 跨度在18～48m之间的刚架单位用钢量) 为18～35kg/m;当檐高为12m时 (其它情况同上) , 跨度在18～48m之间的刚架用钢量 (Q235-B) 为25～40kg/m。因此, 设计者应根据具体要求在选择方案时选择较为经济的跨度, 不宜盲目追求大跨度, 图1给出了柱高及跨度与刚架钢材用量关系。

3.2 刚架最优柱距的确定。

刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、擦条形式等因素有关。刚架的间距即擦条的跨度, 随着间距的增大, 擦条跨度增大, 这就与擦条的间距及截面积相关。确定最优擦条跨度和间距是一个复杂的问题。随着跨度的增大, 凛条的用量势必增加, 但主刚架榻数的减少可以降低用钢量。厚度更大的擦条也可以降低单位用钢量。但是随着擦条的跨度的加大, 支撑用量也相应增多。所有这些因素需要综合考虑。我国对这方面内容的研究较少。英国对90m长的建筑作国系统的研究, 结果显示, 对于跨度超过20m框架间距是最优的;对于跨度小于20m的框架, 4.5m的框架间距是最优的。这个结果只能参考使用。 (表1) 所示:即在通常情况下, 柱高为6m, 各种跨度对应的刚架最优的间距。从表1可以看出, 通常情况下, 6～9M是门式刚架的最优柱距, 柱距不应该超出9M, 如果超过9M, 屋面擦条与擦架体系的用钢量增加太大, 导致, 综合造价过高。

3.3 截面优化设计。

实现截面优化的方法主要有二种:3.3.1用最优化理论。首先可以把问题归纳为一个单目标的问题, 用钢量最少或造价最低作为优化的具体目标函数。应力、位移等可作为约束条件, 最后用我们的数学方法得到最满意解。3.3.2穷举法。首先仔细计算和比较各种合理的构件截面形式, 并在满足具体设计要求的情况下, 以用钢量最少或造价最低为控制条件, 得到满意的截面尺寸。门式刚架常采用变化构件的截面来适应弯矩变化以达到节约钢材的目的。除腹板高度变化外, 厚度也可根据需要变化;上下翼缘可用不同截面;相邻单元的翼缘也可采用不同截面。因此, 影响整个刚架用钢量的因素有上翼缘的宽度、厚度;下翼缘的宽度、厚度:腹板的厚度:构件大头、小头的高度;而且这些因素之间也互相影响, 互相不独立。工程设计从形式来说, 是一种基于非常严格的力学和数学方法的精确运算过程。事实上, 结构设计中起重要作用的并不是那些运算方法和数学处理, 而是一系列难以用精确的计算解决的, 具有主观色彩的决策问题, 所以, 完全用最优化理论来解决截面优化设计有很大的复杂性。另外, 用穷举法解决截面优化问题时, 多因素决定了计算次数随构件数增加而呈指数关系增加, 故当刚架构件较多时, 要花费很长的计算时间。当设计者确定了结构形式后, 截面优化比较简单易行的方法是按照构件的内力来调整截面尺寸, 经过试算确定重量最小的截面。这种方法不但计算次数少, 而且可以人工干预截面优化范围, 快速的得到比较理想的截面尺寸。

摘要：轻钢门式刚架结构是单层厂房中一种常见结构, 因其用钢量少, 结构自重轻, 施工速度快, 综合经济效益高, 近年来得到了迅猛的发展。介绍了轻钢门式刚架的结构的特点及应用, 重点探讨和研究了门式刚架结构优化设计。

关键词：优化设计,自重轻,刚架结构

参考文献

[1]乔悦青, 对门式刚架轻钢结构设计研究[J].山西建筑, 2002.

[2]林功丁.门式刚架风荷载与地震作用的探讨[J].工业建筑, 2004.

单层轻型门式刚架厂房结构设计 篇8

关键词：门式刚架,厂房,结构设计,计算分析

门式刚架结构是近年来我国发展最快的一种新型钢结构, 它相对于钢筋混凝土结构具有自重轻、工业化程度高, 施工周期短、造价低等优点而被广泛应用于单层工业厂房, 取得了较明显的社会和经济效益, 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, 相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的1/20～1/30。本文结合某工程实例介绍了单层轻型门式刚架结构的特点, 并就整个结构体系的布置、单个构件的设计要点、设计中应注意的一些问题做了简单阐述。

1 结构方案

1.1 结构形式

门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨, 按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20～1/8。单脊双坡多跨刚架, 用于无桥式吊车的房屋时, 当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时, 中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。门式刚架上可设置起重量不大于3t的悬挂吊车和起重量不大于20t的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式吊车。

1.2 结构布置

(1) 纵向温度区段小于300m, 横向温度区段小于150m。 (2) 间距的合理布置。应考虑到工艺要求, 用钢量的多少, 屋面荷载, 檩条的形式等因素。门式刚架的最优间距应在6m～9m之间, 柱距不宜超过9m。 (3) 选择合理的跨度、高度。跨度应根据房屋的高度进行合理确定。跨度通常为9m～36m, 宜在30m以下, 当柱宽度不等时, 其外侧应对齐。高度应根据使用要求的室内净高确定, 宜取4.5m～9m。 (4) 刚架的形式和截面。可采用三铰门式刚架、两铰门式刚架和无铰门式刚架, 形状可以做成坡顶的或拱形的屋面。采用柱与梁刚接, 而柱脚均为铰接的门式刚架形式较为合理。梁、柱截面有实腹式和格构式, 等截面和变截面之分, 以及梁端、梁中加腋的形式。格构式刚架常用于跨度较大的建筑, 不论实腹式还是格构式刚架, 其梁柱构件都可做成等截面或变截面的。对格构式刚架, 一般柱为变截面, 横梁可采用等截面。

2 荷载选择

(1) 永久荷载。

永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载, 如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。

(2) 可变荷载。

可变荷载包括屋面活荷载、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。

(3) 荷载组合。

荷载组合按照《建筑结构荷载设计规范》的规定, 应注意悬挂荷载不可遗漏;对于多跨多坡厂房或有女儿墙、天沟的厂房还应考虑风、雪荷载不利作用和活荷载的不利布置的影响。

3 刚架设计

(1) 刚架内力计算。

对于变截面门式刚架, 应采用弹性分析方法确定各种内力, 只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法 (直接刚度法) 计算。根据不同荷载组合下的内力分析结果, 找出控制截面的内力组合。变截面门式刚架宜按平面结构分析内力, 一般不考虑应力蒙皮效应。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。

(2) 刚架侧移计算法。

变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定, 计算时荷载取标准值, 不考虑荷载分项系数。

(3) 刚架设计主要内容。

梁柱板件的宽厚比限值和腹板屈曲后的强度利用;刚架梁柱构件的强度验算;梁腹板加劲肋的配置;变截面柱在刚架平面内的计算长度确定;变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算;变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算;斜梁强度和稳定性计算;节点设计。

(4) 摇摆柱的合理设置。

在多跨刚架中, 中柱宜采用摇摆柱。摇摆柱的上下端均为铰接, 理论上不具备侧向刚度, 需要依靠与其相连的其他构件或体系提供侧向约束才能发挥作用。

(5) 抗风柱设置。

抗风柱主要承受水平力, 竖向允许和刚架产生相对位移, 应注意抗风柱与刚架的连接形式。

4 支撑体系

支撑体系主要包括屋面水平支撑和柱间支撑。其作用是:将各个平面刚架连接组成具有空间刚度和稳定的整体结构;为结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撑点, 减少构件平面外的计算长度;明确合理简捷的传递风力、温度应力、地震力以及吊车纵向水平刹车力等纵向荷载。

4.1 支撑体系的计算

水平荷载不大的情况下, 支撑受力较小, 杆件截面尺寸由极限长细比确定。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及刚性系杆按压杆设计。刚架斜梁上横向水平支撑的内力, 根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算, 并计入支撑对斜梁起减少计算长度作用而承受的力, 对于交叉支撑可不计入压杆的受力。柱间支撑的内力, 应根据该柱列所受纵向风荷载按支承于柱脚的竖向悬臂桁架计算, 并计入支撑对柱起减少计算长度而应承受的力, 对于交叉支撑可不计压杆的受力。当同一柱列设有多道柱间支撑时, 纵向力在支撑间可平均分配。

4.2 支撑体系设置

在每个温度区段应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。设柱间支撑的开间, 应同时设嚣屋盖横向支撑。端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距一般取30m～45m。当房屋高度较大时, 柱间支撑应分层设置;当房屋宽度大于60m时, 内柱列宜适当设置支撑;当端部支撑设在端部第二个开间时, 在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆;当房屋内设有不小于5t的吊车时, 柱间支撑宜用型钢;当房屋中不允许设置柱间支撑时, 应设置纵向刚架。柱间支撑对无吊车的厂房宜采用柔性圆钢支撑;当风荷载较大或抗震设防烈度大于8度时宜采用型钢支撑;有吊车的厂房应采用型钢支撑。

4.3 刚性系杆的设置

在刚架的转折处应沿房屋全长设置刚性系杆。间距一般在刚架斜梁上12m～18m之间, 在刚架柱上约8m, 刚度较大的吊车梁等均可作为刚性系杆考虑。

5 其他

(1) 屋面檩条。

檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度不大于9m时, 应优先选用实腹式檩条。檩条属于双向受弯构件, 在进行内力分析时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。檩条应进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道, 在天沟附近布置一道。

(2) 墙梁。

墙梁一般采用冷弯卷边槽钢, 有时也可采用卷边Z形钢。墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下, 属于双向受弯构件。墙梁应尽量等间距设置, 在墙面的上、下沿及窗框的上、下沿处应设置一道墙梁。墙梁可根据柱距大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁。

(3) 隅撑。

通常通过设置隅撑来减小钢梁的平面外计算长度, 保证钢梁的整体稳定。隅撑布置在钢梁的跨中或屋脊的弯折处。一般每隔一根檩条设置一道隅撑, 间隔宜不大于3m。与隅撑相连的檩条厚度不宜小于2.0mm, 设有隅撑的钢梁或钢柱的平面外计算长度可取隅撑间距的1.1倍～1.2倍。对于边柱, 其上端内翼缘处于受压状态, 应至少在柱顶墙梁处设一道双隅撑。

(4) 拉条的设置。

屋面檩条应在屋脊和檐口处同时设置直拉条、斜拉条、撑杆, 其他处仅设置直拉条, 常采用圆钢做拉条。墙面处最上层墙梁应同时设置直拉条、斜拉条、撑杆, 墙面有洞口处, 应在拉条中断处均设置斜拉条和撑杆。

(5) 柱脚。

单层门式刚架厂房多采用外露平板式柱脚, 铰接设计;当厂房有5t以上桥式吊车时, 宜将柱脚设计成刚接, 柱脚锚栓直径不宜小于24mm, 刚架跨度不大于18m时, 采用2个M24的锚栓;刚架跨度不大于27m时, 采用4个M24的锚栓;刚架跨度不大于30m时, 采用4个M30的锚栓, 均应设双螺帽。柱脚锚栓不能参加抗剪, 计算柱脚底板与混凝土基础间的摩擦力能否承受水平剪力, 当摩擦力不足时, 柱脚底板下应加焊抗剪键。另外还需进行柱脚锚栓的抗拔计算。

6 结语

门式刚架轻型钢结构房屋设计探索 篇9

关键词：门式,刚架,轻型,钢结构,房屋,设计

钢结构是土木工程的主要结构类型之一, 是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的, 在房屋建筑、地下建筑、矿山建筑、水工建筑、仓储建筑、桥梁、塔桅、海洋平台、港口、油气等压力容器以及管道中都得到广泛应用。

门式刚架结构是一种轻型房屋结构体系, 以等截面或变截面轻型焊接H型钢、等截面热轧H型钢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 (槽钢、卷边C形、Z形等) 做凛条、墙梁;以压型钢板、压型铝板做屋面和墙面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酷泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑。

1 设计结构形式

门式刚架又称为山形门式刚架.其结构形式多种多样。按构件体系分, 有实腹式与格构式;按截面形式分, 有等截面和变截面;按结构用材分, 有普通型钢、薄壁型钢和钢管;按跨度可以分为单跨、双跨和多跨刚架;按屋面坡向分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡等。在单层工业与民用房屋钢结构中应用较多的单跨或多跨的单、双坡门式刚架 (根据需要可带挑檐或毗屋) 。根据通风、采光的需要, 这种刚架厂房可设置通风口、采光带和天窗架等, 目前单跨刚架跨度国内最大已达到72 m。

对于多跨刚架, 在相同跨度条件下, 多脊多坡与单脊双坡刚架用钢量大致相当。但多脊多坡刚架的内天沟容易产生渗漏及堆雪等问题, 而连续的长坡压型钢板屋面有利于排水, 因此常做成单脊大双坡屋面。对于单脊双坡多跨刚架.无桥式吊车时, 且当刚架柱不是很高, 风荷载也不很大时, 中柱宜采用两端铰接的摇摆柱。中间摇摆柱和梁的连接构造简单, 而且制作和安装都省工。摇摆柱不参与抵抗侧向力, 截面可以用得较小。但设有桥式吊车时, 中柱宜为两端刚接, 以增加刚架侧向刚度。

2 结构布置

2.1 门式刚架布置

门式刚架的跨度指横向刚架柱之间的距离, 跨度宜为9-36m, 宜以3m为模数, 必要时可不受模数限制;当边柱宽度不等时, 其外侧应对齐。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, 宜采用4.5m-9.0m, 当有桥式吊车时不宜大于12m.高度应根据使用要求的室内净高确定, 有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求来确定。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。

2.2 檀条和墙梁布置

屋面檀条一般等间距布置, 但在屋脊处, 应沿屋脊两侧各布置一道檀条, 使屋面板外伸宽度不要太长 (应小于200 mm) , 在天沟附近应布置一道檀条, 以便于天沟的固定。檀条间距应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檀条供货规格等因素的影响并按计算确定。

侧墙墙梁的布置, 应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。当采用压型钢板作围护墙面时, 墙梁宜布置在刚架柱的外侧, 其间距随墙板板型和规格确定, 且不应大于由计算确定的数值。

2.3 支撑与刚性系杆的布置

门式刚架轻型房屋钢结构的支撑, 可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑, 圆钢与相连构件的夹角应在300---600范围内, 宜接近450.当设有起重量不小于5t的桥式吊车时, 柱间宜采用型钢支撑;在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。

3 设计时需要注意的几个要点

3.1 门式刚架中组成构件的板件较薄,

对制作、涂装、运输、安装的要求较高。焊接构件板的厚度不应小于3.0 mm, 冷弯薄壁构件中板的最小厚度为1.5 mm, 屋面、墙面压型钢板基材厚度不宜小于0.4 mm。门式刚架构件由于板件较薄, 抗弯刚度、抗扭刚度较小, 在运输和安装过程中应采取措施防止构件发生弯曲和扭转变形, 同时还要重视支撑体系和隅撑的布置, 重视屋面板、墙面板与擦条、墙梁等构件的连接构造。

3.2 框架斜梁的竖向挠度限值一般情况

规定为1/180, 除验算坡面斜梁挠度外, 是否要验算跨中下垂度?现在了解到, 美国是计算的。他们作框架分析, 一般是将构件分段, 用等截面程序计算, 每段都要计算水平和竖向位移, 不能大于允许值, 等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度, 刚度太小竖向变形就大。要的度本来就小, 脊点下垂后引起屋面漏水, 是漏水的原因之一。有的工程由于屋面竖向刚度过小, 第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡, 使屋面变形。现在打算做个规定, 刚架侧移后, 当山尖下垂对坡度影响较大时, 要验算山尖垂度, 以便对屋面刚度进行控制。

3.3 少数单位设计的门式刚架, 采用钢

筋混凝土柱和轻钢斜梁组成, 斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连, 形成刚接, 目的是想节省钢材和降低造价。在厂房中, 的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架, 但此时梁柱只能铰接, 不能刚接。多高层建筑中, 钢梁与墙的连接也是如此。因为混凝土是一种脆性材料, 虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力, 但在连接部位, 它的抗拉、抗冲切的性能很并, 在外力作用下很容易松动和破坏。

3.4 支撑和刚性系杆的布置应符合下列要求

(1) 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。

(2) 在设置柱间支撑的开间, 宜同时设置屋盖横向支撑, 以组成几何不变体系。屋盖横向支撑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。

(3) 柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30m-45m。当有吊车时宜设在温度区段中部, 当温度区段较长时宜设在三分点处, 且间距不宜大于60m。

(4) 当房屋高度相对于柱间距较大时, 柱间支撑宜分层设置。当建筑物宽度大于60 m时, 在内柱列宜适当增加柱间支撑。

(5) 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) 应沿房屋全长设置刚性系杆。

(6) 由支撑斜杆等组成的水平析架, 其直腹杆宜按刚性系杆考虑。

(7) 刚性系杆可由擦条兼作, 此时擦条应满足对压弯杆件的刚度和承载力要求。当不满足时, 可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其它截面形式的杆件。

(8) 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析架.当桥式吊车起重量较大时, 尚应采取措施增加吊车梁的侧向刚度。

结束语

综上所述, 在设计钢结构时, 应当从工程实际出发, 合理选用钢材, 选择高强度、具有较好经济指标的钢材;在结构方案选择上, 应尽可能采用标准化、模数化的结构布置;在连接设计中.应选用构造简单、传力直接的节点形式, 并应满足构造要求;另外, 在钢结构设计中, 还应保证钢结构在加工、运输、安装和使用过程中的强度、刚度和稳定性要求, 并应针对钢结构的实际, 满足防火、防腐的要求。宜优先选用通用的和标准化的结构和构件, 减少制作、安装工作量。

参考文献

[1]李天.建筑钢结构设计.2010.

[2]赵玉星.常用建筑结构设计.2008.

轻型门式刚架结构论文 篇10

(1) 构造简单, 材料单一。容易做到设计标准化定型化, 构件加工制作工业化, 所以现场安装预制装配化程度高。 (2) 自重轻。降低了基础材料用量;减少构件运输、安装工作量;并且有利于结构抗震。 (3) 施工工期短。构件标准定型装配化程度高, 所以现场安装简单快速, 现场没有湿作业, 现场安装不受气候影响。 (4) 可以满足多种生产工艺和使用功能的要求。 (5) 轻钢结构建筑属于环保性、节能性产品, 厂房可以搬迁, 材料可以回收。 (6) 造价相对较便宜。随着我国钢产量的增加, 钢材价格的下调, 竞争的激烈, 轻钢结构建筑与同类砖混结构建筑相比, 造价持平或略低。

二、门式刚架轻型房屋钢结构的主要结构形式

门式刚架轻型房屋钢结构是一种有效利用材料的结构形式。由于构件尺寸较小, 房屋高度相应降低, 建筑体积和重量减小。刚架构件可以在工厂批量化和标准化生产, 工地采用高强螺栓安装连接, 简便而迅速, 施工工期短, 社会效益和综合经济效益明显。同时, 门式刚架轻型房屋钢结构造型简洁美观, 改扩建容易, 一般设计、制作和安装一体化, 在房屋建筑中适用性强。

1.门式刚架的结构形式

门式刚架轻型房屋钢结构的结构布置较为灵活, 可以满足各种使用功能的厂房设计要求。其选用的形式也较多, 从结构的跨度可以分为:单跨、双跨、多跨和高低跨;从截面形式可以分为:实腹式和格构式;从是否带吊车可以分为:带吊车结构和不带吊车结构;从屋面坡度可以分为:单坡和双坡。本文主要研究单跨、双跨、三跨和带吊车和不带吊车等几种结构形式。

2.门式刚架的主要结构组成

(1) 刚架:在门式刚架房屋结构中, 承重结构一般采用三块钢板焊成的H形截面实腹式刚架, 结构柱与梁工厂制作, 现场采用高强螺栓连接。 (2) 吊车梁:由于门式刚架轻型房屋钢结构多采用中、轻级工作级别单梁吊车或是电动葫芦, 其吨位一般不大于20吨, 吊车梁通常采用加强上翼缘的实腹式工形截面梁, 以承担吊车横向水平制动力的要求。 (3) 抗风柱:门式根据轻型房屋钢结构中的抗风柱主要承受两种荷载: 墙板自重和水平风荷载。相比较而言, 水平风荷载对抗风柱的影响远大于墙板自重, 一般下端与基础铰接, 上端与屋面梁通过弹簧板连接。 (4) 屋面和墙体:多采用轻质高强屋面材料, 如各种型式的彩色压型钢板等;对需要保温的厂房, 则可采用夹芯保温板。这样使整个厂房的自重大为降低。由于新型墙板柔性大, 适应变形能力强, 对结构的刚度要求也相对较低。 (5) 檩条和墙梁:檩条和墙梁多采用大断面的冷弯薄壁型钢, 高度可达300mm, 厚度达3.0mm。但当跨度大于12m时, 采用实腹式檩条变得很不经济或规格常受到限制, 宜采用桁架式。檩条和墙梁不仅增加厂房的纵向刚度, 而且传递纵向水平力。 (6) 支撑:支撑包括柱间支撑和屋面支撑。其布置及计算目前一般采用和普通钢结构厂房相似的方式。 (7) 基础:一般采用钢筋混凝土独立基础、柱下条形基础和桩基础等几种基础形式。另外, 压型钢板与横梁、檩条 (墙架梁) 牢固连接所形成的应力蒙皮效应, 可以提高刚架的稳定性, 减少支撑的数量, 从而节约钢材。

三、轻型房屋钢结构的设计要求

(1) 主刚架:主刚架一般假设成平面结构, 按弹性方法分析内力和变形。对于单层钢结构工业厂房所要考虑的荷载是风荷载、雪荷载、吊车荷载、结构自重和屋面活载, 地震作用基本不起控制作用。主刚架截面通常采用薄板和中厚板焊接的工形截面, 腹板的高厚比在100以上, 但较少布置加劲肋, 按有效截面理论计算构件的强度, 充分利用钢材屈曲后强度, 钢板厚度基本不会超过20mm。主刚架的梁柱构件常采用变截面, 在弯矩较大的部位加大腹板的高度或加腋, 使构件的截面材料得到充分利用。设计时可考虑檩条和墙梁对主体刚架的平面外稳定作用, 或加隅撑进一步提高主结构的整体稳定性。 (2) 吊车梁:门式刚架轻型房屋钢结构多采用20吨以下的中、轻级工作级别吊车, 由于轻型钢结构厂房中的吊车产生的横向荷载比较小, 一般不需要设置制动结构, 采用加强受压翼缘方式提高吊车梁的整体稳定性, 吊车梁的上翼缘与腹板采用熔透对接焊缝连接, 下翼缘与腹板采用角焊缝连接。 (3) 抗风柱:抗风柱的上端采用弹簧板与刚架梁相连, 下端设置单独的基础, 弹簧板由一块钢板折叠而成, 竖向刚度很弱, 上部的钢架梁可以自由变形, 节点不传递竖向力。在水平方向弹簧板不容易发生变形, 刚度很大, 能够保证水平荷载的传递。抗风柱的柱脚节点同正常钢柱的柱脚, 分刚接和铰接两种形式。而对门式刚架轻钢结构的抗风柱来说, 采用什么样的柱脚节点对抗风柱的设计影响不大, 但对于基础的设计则非常关键。 (4) 檩条、墙梁:轻钢房屋结构房屋的屋面和墙面结构主要是采用冷弯薄壁型钢, 按简支梁设计, 可利用墙板和屋面板的约束作用保证其侧向稳定性。 (5) 支撑体系:此外, 还要设计山墙抗风柱和屋 (墙面) 支撑。轻型房屋钢结构的支撑多为单角钢或圆钢交叉支撑, 按拉杆设计, 如有特殊需要也可采用人形支撑。 (6) 基础:根据上部结构的传递的基础反力和地质资料设计基础, 为保证基础的整体稳定性和减小基础的偏心矩, 通常设置基础地梁。基础设计中要考虑多台多跨吊车荷载对基础的不利影响, 过大偏心距的设计和柱脚抗剪设计。 (7) 轻型房屋钢结构的现场连接主要螺栓连接, 主刚架结构采用高强度螺栓, 支撑和屋 (墙) 面结构采用普通螺栓。

参考文献

[1]刘承宗, 周志勇.我国轻钢建筑及其发展问题探讨.工业建筑, 2007, 30 (4)