门式刚架型房屋钢结构

2024-09-17

门式刚架型房屋钢结构（共6篇）

门式刚架型房屋钢结构篇1

摘要：门式刚架轻型钢结构房屋体系外观简洁、美观, 内部构造简单, 跨度大, 柱网布置灵活, 配件生产标准化较高。目前, 门式刚架轻型钢结构已广泛地应用于各类工业厂房、仓库、体育场馆、会议中心、超市、机库等大型公共建筑, 且特别适用于地震区或地基承载力较低、缺少砂石和水泥等建材的地区。

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.

[3]赵风华.钢结构原理与设计 (下册) .2010.

门式刚架型房屋钢结构篇2

轻型钢结构在国外发展较早,最初是随着汽车工业的发展,主要用于建造私人车库等简易房屋。第二次世界大战期间,由于战争的需要,轻型房屋钢结构主要用于建造一些拆装方便的营房和库房。

门式刚架轻型房屋钢结构最早起源于美国,并且发展最快、应用最广。后来在欧洲、日本和澳大利亚等国也得到了广泛发展和应用。因其构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点,此种结构形式一经推出就深受建筑业喜爱。

上世纪20世纪中期,建筑钢材产量大增,钢材的冶炼水平也有了很大突破,色彩丰富、耐久性强的彩色压型钢板随之出现, H型钢和冷弯薄壁型钢相继问世,这些都极大地推动了门式刚架轻型房屋钢结构的发展。加之加工设备的不断改善,设计形式的多样化,使门式刚架轻型房屋钢结构体系逐渐应用于大型工业厂房、商业建筑及公共交通设施等。实现了结构分析、设计、出图的程序化,构件加工的工厂化,安装施工和经营管理的一体化流程。

门式刚架轻型房屋设计要点篇3

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.

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门式刚架轻型房屋钢结构设计体会篇4

门式刚架轻型房屋近年来在我国大量涌现,它造型美观、可提供大跨度使用空间,并且具有施工周期短、造价低廉、自重轻和利于抗震等优势,因而被广泛应用于超级市场、厂房、仓库、展览厅、车站、码头、体育建筑和文化设施等建筑领域。

随着我国经济建设的发展和轻型门式刚架结构建筑整体技术水平的提高,各类工业与民用建筑采用轻型门式刚架结构的综合经济效益将越来越显著,更多的建筑将会选择轻型门式刚架作为承重结构。我在实际工作中,接触了一些门式刚架轻型房屋的设计工程,积累了一些经验,现分析总结如下,愿与同行们共同切磋和探讨。

2材料选用

门式刚架轻钢房屋结构体系由主刚架体系、檩条和支撑体系、围护体系三大体系构成。各体系选材建议如下。

2.1 主刚架体系

承重结构钢材应采用Q235钢。在低温环境及直接承受动力荷载或振动荷载的工况下规范杜绝采用沸腾钢。门式刚架、吊车梁宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢。

2.2 檩条和支撑体系

檩条、墙梁宜优先选用CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程附录规定的斜卷边之形冷弯型钢或卷边槽形冷弯型钢。焊接的檩条、墙梁等构件宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢,非焊接的檩条、墙梁等构件可采用Q235A钢。简支、小跨度的檩条宜采用Q235A等级的钢材;连续、大跨度的檩条宜采用Q345A等级的钢材。

一般情况下,当由强度控制设计时宜用Q345A级的钢材,充分利用其屈服强度高的优势;当由刚度控制设计时宜用Q235A级的钢材,在同等用钢量的情况下利用其价格优势;当由稳定控制设计时,可根据具体情况选择Q235A或Q345A级钢材。

屋面和柱间支撑一般采用张紧的圆钢,有较大吨位行车时柱间支撑用角钢,隅撑一般采用角钢,这类型钢根据市场情况采用Q235钢。

2.3 围护体系

围护体系采用压型钢板作为面板带来了两大主要特点:1)结构自重轻。2)蒙皮效应强。一般情况下,钢板基材宜选用Q235或性能与其相近的牌号;若为暗扣式压型钢板,则宜选用Q345或性能与其相近的牌号。

镀层在钢板防腐性能方面起主要作用,在相同镀层厚度下,各镀层钢板的防腐性能按由弱到强的排列顺序是:热镀锌钢板、热镀锌合金钢板、热镀5%铝锌钢板、热镀55%铝锌钢板。

涂层(或称面漆)主要成分是有机(碳)化合物,起装饰和保护作用,耐候性和防粉尘附着性是选择涂层首要考虑因素。常用涂层的耐候性由弱到强的顺序是:聚酯树脂(8年～10年)、硅改性聚酯树脂(8年～15年)、聚二乙烯氟树脂(≥20年)。

2.4 焊接和螺栓连接

刚架梁柱翼缘与腹板连接的通长焊缝宜采用二氧化碳气体保护焊或埋弧焊等自动焊或半自动焊,其焊丝性能符合GB/T 14957-1994的规定,焊剂须符合GB/T 5293-1999的规定。焊接材料型号的选择,应与主体金属强度相匹配:E43焊条相应Q235,E50焊条相应Q345,当构件为Q235与Q345焊接时,焊条应选择E43。手工焊接优先采用E43焊条。焊接中的焊缝重心宜与被连接件重心接近,连接焊缝不得随意加大尺寸。

螺栓连接有普通螺栓连接与高强度螺栓连接。普通螺栓连接(4.6级、C级螺栓)其抗剪性能差,仅作为安装定位使用或连接结构的次要部位。高强度螺栓(8.8级和10.9级)连接常用在结构主要受力构件的连接,如梁与梁、梁与柱的连接。高强度螺栓的选用并不是规格越大越好,不相匹配超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应根据计算选用。高强度螺栓的最小规格M12,常用M16～M30。锚栓一般采用Q235A牌号的钢材制造,但当抗震设防烈度为6度,7度时应采用Q345A。当抗震设防烈度为8度时应采用插入式基础。

3结构分析与计算

3.1 屋面活荷载取值

门式刚架屋面荷载面积一般大于60 m2,屋面均布活荷载取值应乘以0.6折减系数。当出现雪荷载时,两者不同时组合且仅取大值。其他荷载如积灰荷载、施工或检修集中荷载、吊车组合荷载、风荷载取值均应符合现行《建筑结构荷载规范》和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的有关规定。

3.2 门式刚架柱合理高度、跨度与适宜间距的确定

厂房的高度、跨度首先应满足生产工艺和使用功能,其次应力求经济,不应盲目追求超高度、大跨度。通过对大量的门式刚架设计整理、统计和分析得出:对于单跨刚架,厂房的柱高与跨度之比的合理取值为:0.25～0.40(无吊车),0.50～0.70(有吊车);当厂房的跨度超过48 m,檐高超过12 m时,一般采用多跨刚架其间设置摇摆柱,其用钢量明显较单跨刚架减少18%左右。当柱高与荷载在某一范围内,调整加大厂房跨度,不但可以加大使用空间,而且会降低单位面积用钢量和单位面积基础造价,提高厂房的综合效益。

当刚架高度一定时,随着柱距的加大,刚架的用钢量逐渐下降并趋于平缓,而檩条、吊车梁、墙梁的用钢量呈上升趋势,刚架存在一个适宜柱距,它除了与屋面荷载、檩条形式等因素有关外,还与刚架跨度密切相关,分析见表1。

门式刚架的常用间距为6 m～9 m,若超过9 m,其屋面檩条与墙架体系的用钢量会增加很多,很不经济。

3.3 刚架梁、檩条和墙梁设计

刚架柱、梁、檩条、墙梁及其他受压构件和受弯构件的挠度控制须满足CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程3.4条和3.5条的规定。刚架梁的挠度影响其刚度,刚度偏小会导致吊顶开裂和屋面漏水。

门式刚架的檩条和墙梁是冷弯薄壁构件,在外荷载作用下同时产生弯曲和扭转,其强度计算应采用有效截面,并且在适当的位置设置拉条和撑杆来保证稳定性。通常在檩条上翼缘1/3高腹板范围内设置拉条。根据檩条的跨度可以设一道或等距三道拉条。拉条和撑杆从檐口一端起,连接每一条檩条到另一端檐口止,如图1所示。墙梁设计时还须注意验算截面在风吸力作用下的稳定。

为保证墙梁的稳定,应参照屋面支撑设置墙梁、支撑和拉杆,撑杆受压、拉条受拉,如图2所示。

3.4 支撑、隅撑和刚性系杆的设置

厂房有吊车时,交叉支撑按刚性支撑设计,其他情况一般按柔性支撑设计。当受到使用和外观限制,不允许设置交叉支撑的部位可以用门架支撑来代替。

山墙柱间在吊车梁牛腿标高附近设置一道通长刚性系杆并连接于山墙柱和角柱上。为提高斜梁的整体稳定性,所有刚架可从构造上在距梁两端3 m的檩条处设置隅撑。当刚架跨度L≥24 m时,在距梁两端6 m的檩条处再增设隅撑一道。

3.5 基础与柱脚的设计

门式刚架轻钢房屋基础多采用独立基础,地质条件不好时,可考虑采用条形基础,当遇到软弱地基等不良地质情况,也可采用桩基础。

对于基础与上部结构的连接,通常采用增加基础埋深和设置地脚螺栓的办法来抵抗固接柱脚存在的较大弯矩,以及由此产生的倾覆和滑移破坏。预埋锚栓距离基础边缘不得小于150 mm,锚固长度不小于25d(下端应作弯钩或锚板)。

柱脚锚固连接节点在实际工程中应该属于半刚接半铰接连接。绝对刚接和绝对铰接都属于理想化假设状态。在设计中应合理选用刚接或铰接状态。一般根据柱脚锚栓的布置来判断:铰接柱脚只采用两个锚栓,刚接柱脚至少采用四个锚栓连接于四角。刚接柱脚的刚架,柱顶横向水平位移较小,钢柱截面较小,然而其柱脚弯矩较大,柱脚构造较复杂,基础断面较大;铰接柱脚的刚架,柱顶横向水平位移较大,钢柱截面较大,但是柱脚弯矩为零,柱脚构造简单,基础断面较小。

3.6 抗风柱的连接设计

抗风柱与刚架梁的连接最好采用弹簧板铰接连接,其竖向刚度较弱,避免刚架梁在该点产生约束变形,可以保证水平风荷载的有效传递,构造较为合理,如图3所示。

注:1—刚架梁;2—弹簧板;3—抗风柱

抗风柱柱脚与基础的连接同样采用铰接连接较为经济,其连接部位的内力较小,柱脚构造做法简单,基础断面较小。若采用刚接连接,其内力会加大,基础断面将会增加1.2倍左右。

4梁柱连接节点的设计

门式刚架斜梁与柱的连接有端板竖放、横放和斜放三种形式。对于等截面柱,较常采用端板竖放;当节点剪力较大时,较常采用端板横放;当节点弯矩较大时,最好采用端板斜放。端板的拼接连接形式有外伸式和平齐式两种,在实际使用中应尽量采用外伸式端板连接,同时在节点板外伸部分设置加劲肋。

5防腐与防火设计

钢结构的防腐主要分为两步:

1)表面锈蚀处理;

2)表面刷防腐涂料。

底漆常用富锌底漆和环氧铁红底漆,面漆常用氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯漆等。

钢结构的耐火极限不超过20 min,作为建筑构件其值远小于规范规定的耐火极限要求。为此,必须对钢结构表面进行防火处理。常见的防火措施有:外包耐火轻质板;外浇混凝土;外砌耐火砖;外涂防火涂料。防火涂料防火施工方便,但价格较贵,常用于一般民用建筑及大型公共建筑的承重钢结构中,应用较为广泛。

6结语

门式刚架轻型房屋钢结构只是近年来才被大量采用,理论和实践经验均不成熟。尤其在实际的工程设计中,尚没有足够经验的设计人员常常为了确定门式刚架的变截面尺寸而需试算多次,有可能造成杆件截面尺寸和整体结构应力不太合理,致使结构存在安全隐患或者经济指标不够理想等情况,因此,在今后的工作中,更需要我们广大的设计工作者重视研究该结构的整体概念设计,及时纠正设计缺陷,优化设计质量,为推动门式刚架轻型房屋钢结构的发展贡献一份力量。

摘要：从材料选用、结构分析与计算、连接节点的设计和防腐与防火设计四个方面简单总结了门式刚架轻型房屋钢结构设计要点,分别归纳了主刚架体系,檩条和支撑体系,围护体系的特点及材料要求,并阐述了相关参数取值及节点设计关键,以指导实践。

关键词：材料选用,结构分析与计算,连接节点,防腐与防火

参考文献

[1]CECS102∶2002,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

[2]胡宝琳.轻型钢结构厂房的设计与研究[J].钢结构,2004(5):63-64.

[3]鲁莉,梁发云.轻钢结构设计中几个常见错误分析[J].建筑结构,2004(7):37-38.

浅谈门式刚架转型房屋钢结构设计篇5

关键词：组成技术,平面布置,刚架构造,支撑作用

1 门式刚架轻型房屋的组成及技术特点

1.1 基本组成

门式刚架转型房屋可分为四部分:

主结构:刚架, 吊车梁

次结构:檩条, 墙架住, 抗风柱, 墙梁

支撑结构:屋盖支撑, 柱间支撑, 系杆

维护结构:屋面 (屋面板, 采光板, 通风气等) , 墙面 (墙板, 门, 窗)

1.2 适用范围

门式刚架轻型房屋自重轻, 用钢省, 造价低;抗震性能好, 在抗震设防烈度为7、度及以下地区不考虑抗在设计;可跨越较大跨度;制作简单, 施工周期短且不需要大型施工机具;形式美观有现代感, 能充分满足使用要求。广泛应用于具有轻型屋盖和轻型外墙;刚架跨度不大于36米, 檐口高度不大于15米;无吊车或起重量不大于20吨的A1～A5工作级别吊车的单层房屋钢结构。

1.3 技术特点

1) 允许钢架构件腹板失稳, 利用腹板屈曲后强度, 按有效宽度理论和拉力场理论进行受弯和受剪计算, 腹板高厚比可以做的比较大, 使腹板厚度显著减薄。

2) 采用压型钢板轻型屋面和墙面, 其本身重量既轻也使支撑它的结构也轻, 同时, 由于屋面与檐檩, 脊檩和墙面牢固连接, 檩条又与刚架牢固连接, 因而屋面压型钢板可视为起应力蒙皮作用的隔板, 从而提高刚架结构的整体刚度有效减少结构的实际位移, 因此使檩条和墙梁及其隅撑可视位刚架构件受压翼缘的侧向支撑点。

3) 刚架采用变截面, 基本上按弯矩图形的变化及施工方便来改变腹板高度和厚度以及翼缘尺寸, 充分做到材尽其用。加之采用轻质屋面, 刚架构件以及檩条可以做的很轻, 因而具有很好的经济性。

4) 刚架的侧向刚度用隅撑来保证, 由于隅撑用料很少, 其间矩可以做的比较小, 因而刚架构件翼缘宽度可以做的比较小, 而腹板高厚比克加大, 从而进一步节省材料。

5) 由于刚架构件轻, 可采用平板柱脚以及考虑这种平板柱脚对刚架柱的嵌固作用, 支撑也可以做的很轻便。

6) 构件单元之间用端板连接, 延性好;加之自重轻以及屋面蒙皮效应, 对抗震有利。

2 结构形式和布置

2.1 结构形式

1) 在门式刚架轻型房屋钢结构体系中, 屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条, 主刚架可采用变截面实腹刚架, 外墙宜采用压型钢板墙面和冷弯薄壁型钢墙梁。住刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性, 由于檩条和墙梁相连接的隅撑来保证。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢。

2) 根据跨度, 高度和荷载不同, 门式刚架的梁, 柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字型单轴对称或双轴对称截面或轧制H型截面。设有桥式吊车时, 柱宜采用等截面构件。变截面构件通常改变腹板的高度做成锲型。结构构件在一个安装单元内一般不改变翼缘截面, 当必要时, 可改变翼缘厚度;邻接的运输单元可采用不同的翼缘截面, 两单元相邻截面高度宜相等。

3) 门式刚架的柱脚多交接支承设计, 通常为平板支座, 设一对或两对地脚锚铨。当用于工业厂房且有5吨以上桥式吊车时, 宜将柱脚设计成刚接。对于有桥式吊车的房屋, 中柱不宜采用摇摆柱。

4) 门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取1/8～1/20, 在雨水较多的地区宜取较大值。

2.2 结构平面布置

1) 门式刚架轻型房屋结构的温度区段长度:纵向温度区段不大与于300米;横向温度区段不大于150米。

当需要设置横向伸缩缝时, 可用两种方法:一种简单但比较昂贵的处理方法是在伸缩缝处采用双刚架, 刚架的间距以保证柱脚底板不相碰为依据。以双刚架为界, 结构两边各自具有独立的檩条、支撑和维护本系统, 其中屋面板和墙面板使用可伸缩的连接件相连。在纵向伸缩缝处需要设置防火墙的情况下, 这种处理方法是必须的。

另一种方法较为经济, 具体方法是:在伸缩缝处只设置一榀刚架, 而在伸缩缝处的檩条上, 设置椭圆长孔来吸收该点的热位移。

2) 单层门式刚架的跨度, 一般情况下以跨度为21～30米时比较经济。

3) 刚架的合理间距。刚架的用钢量一般来说随其间距额度增大而减小, 但吊车梁, 檩条, 强梁的用钢量则随刚架间距的增大而增大。对于无桥式吊车的单层门式刚架轻型轻型房屋, 刚架间距以6～9米为宜;通常, 大跨度刚架宜采用大间距, 跨度与间距的比一般以3.5～5为宜。对于有10吨以上吊车或较大的悬挂荷载的单层门式刚架轻型房屋, 刚架间距以6米为宜。

3 主刚架构造

3.1 焊接工字型截面尺寸模数

截面感到以10mm为模数;截面跨度以5mm为模数;腹板厚度可取4, 5, 6, 8mm等, 6mm以后以2mm为模数。

3.2 工字型截面的高度比 (h/b)

通常取h/b为2～5, 承受桥式吊车荷载的柱子取小值。梁端与柱的连接为侧接时, 该处梁端可取不大于6.5。

3.3 工字型截面腹板高度比建议取值如下

刚架柱:无桥式吊车时, 取;有桥式吊车时, 取;

刚架斜梁:取;

4 支撑的作用和布置

4.1 屋盖横向水平支撑的作用

1) 与柱间支撑一道保证水平刚架的整体稳定, 保证结构的空间整体性。

2) 将山墙面抗风柱顶上的纵向风荷载传递到有柱间支撑的柱烈上。

3) 与屋盖维护系统具有的蒙皮效应一道形成对屋盖梁构件平面外的支撑作用, 避免屋盖梁侧向弯扭失稳。

4) 便于屋盖梁安装稳定性和屋盖梁定位。

4.2 柱间支撑的作用

1) 保证刚架的整体稳定和纵向刚度。

2) 承受山墙传来的纵向风荷载, 吊车的纵向水平荷载以及其他的纵向水平力。

3) 作为柱主的侧向支撑, 决定柱子平面外的计算长度。

4) 便于刚架安装稳定性和刚架定位调整。

4.3 支撑体系的布置

1) 在每个温度区段或分区建设的区段中, 应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。

2) 柱间支撑宜于屋盖横向水平支撑布置在同一开间, 以组成几何不变体系。如不能布置在同一开间, 则应加设刚性系杆传力。各道支撑的间距, 当无吊车时宜取30～45米。有吊车时, 可在适当加大支撑间距的同时提高支撑的刚度, 一般宜设在温度区段中部, 或当温度区段较长时设在三分点处, 且间距不宜大于60米。

当建筑宽度大于60米时, 在内柱列宜适当增加柱间支撑, 当不能设置交叉支撑时, 可设置纵向刚架或刚架式门式支撑。

当有驾驶室的吊车吨位大于15吨时, 应在屋盖边缘设置纵向水平支撑。

当无吊车且檐口高度不大于9米时, 宜仅设单层柱间支撑;当檐口高度大于9米时, 可根据支撑的夹角设置双层柱间支撑。交叉支撑与水平夹角以45度为佳, 不宜大于55度。有吊车时, 应以吊车梁兼做纵向系杆设置上下两层柱间支撑, 端开间可不设置下层支撑以减少吊车梁的温度应力。

所以横向支撑总之支撑均应以屋盖梁天窗架等构件及纵向杆系组成几何不变的桁架形式。

5 结语

限于篇幅, 门式刚架轻型房屋钢构的次结构及维护结构的设计, 不再一一论述。

门式刚架型房屋钢结构篇6

对于轻型门式刚架的定义及界定,目前行业内和网上众说纷纭。根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)(以下简称CECS102:2002)第1.0.2条及其条文说明的规定,可理解为承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架,具有轻型屋盖或轻型外墙,无桥式吊车或仅有起重量不大于20t的轻(A1~A3)、中(A4、A5)级工作制桥式吊车,或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构。同时也包括多层建筑的顶层(一般为平屋顶加层),且该层满足上述条件之一的单层钢结构。轻型门式刚架具有结构简单、结构轻、构件轻、制作快、安装快、材料省、费用省的特点。为发挥其轻型的特点,在设计过程中应进行合理的优化。现提供几点优化的建议及注意事项以供参考。

2 结构形式、建筑尺寸及荷载大小的优化

2.1 门式刚架的结构形式

门式刚架根据结构形式可分为单跨、双跨、多跨、带挑檐及带毗屋的刚架等。一般情况下跨度小于24m时,采用单跨较为经济;当跨度大于24m时,在不影响使用功能的前提下建议采用双跨或多跨形式,多跨刚架中间柱与斜梁一般采用铰接连接。多跨屋架应尽量避免高低跨,相邻高低跨高差相差较小时,高差部分刚架柱极易产生短柱效应,对抗震设计及左右两跨有吊车时非常不利。

2.2 门式钢架的建筑尺寸

门式刚架的建筑尺寸主要包括刚架跨度、柱距、檐口高度和屋面坡度。对单跨或多跨刚架的跨度取值,一般情况下经济跨度为18~36mm,无吊车或吊车吨位较小时取18~24mm,吊车吨位较大时取24~36mm。对于厂房纵向柱距的选取,一般情况下7~8m为合理柱距,当无吊车或吊车吨位较小时柱距可取7.5~8m,吊车吨位较大(但≤20t)时柱距可取7~7.5m;7.5m左右的柱距会取到较好的经济效果。檐口高度的确定主要由建筑的使用功能确定,有吊车厂房由吊车起吊高度和吊车净空高度确定。在满足上述条件时,檐口高度应尽量降低,主要是檐口过高将导致柱子长度太长,则柱子长细比大,刚架抗侧刚度降低,为了满足长细比及侧移限值的要求势必会加大柱截面,增加用钢量。对于有吊车的刚架可采取牛腿以上用小截面钢柱的方法减少用钢量。门式刚架的屋面坡度一般取1/8~1/20,降雨量较大、较集中的地区取较大值。屋面坡度越大,荷载沿坡度方向的分力越大,对檩条平面外稳定要求越高,坡度大于1/4时采用卷边Z型檩条较合理。

2.3 门式钢架的荷载

门式刚架的荷载包括恒载、活载、风载、雪载(不与活载同时考虑,两者取大值)、积灰荷载(满足《建筑结构荷载规范》[1]4.4节要求时考虑)、施工检修荷载、有吊车厂房还包括吊车荷载,其中前3项较为常用。对于单层板屋面恒载一般取0.1~0.15k N/m2,双层板取0.3~0.45k N/m2(包含彩板、檩条、拉条重量);活载取0.5k N/m2(注意:按水平投影面积计算),当满足CECS102:2002第3.2.2条注中受荷水平投影面积大于60m2时可取0.3k N/m2,应给予注意的是0.3k N/m2仅适用于刚架计算。风荷载应注意《建筑结构荷载规范》表7.3.1及CECS102:2002附录A关于体形系数选取的前提条件,后者仅适用于A.0.2条所规定的门式刚架轻型房屋;2008年1~2月我国大部分地区遭遇了罕见的暴雪,不少门式刚架轻型房屋遭到不同程度的破坏。这次自然灾害暴露了我国南方地区雪载取值偏低和规范中屋面积雪分布系数整体偏低的状况。因此,设计人员在设计优化过程中应注意雪载的合理取值,并应注意避免采用容易产生屋面积雪、堆雪的结构形式。

3 钢材性能的优化

主刚架及吊车梁建议采用Q345B钢材,当结构构件用钢是由强度控制时采用Q345B更能发挥其高强度的特性,当构件的尺寸是由变形和稳定控制时采用Q235B钢材较合理,因主要是调整截面尺寸来满足要求。在Q345和Q235价格相差不大的情况下,使用强度高一些的低合金钢有利于降低工程造价。当Q345和Q235混用且两者需要焊接连接时,根据《钢结构设计规范》[2]8.2.1条应采用与低强度钢材(Q235)相适应的焊接材料。

4 构件截面尺寸及节点的优化

4.1 荷载截面尺寸的优化

在以上2、3步骤完成后,门式刚架接下来的设计任务为构件截面形式及尺寸的优化。构件截面优化比较直观、简便的方法是根据构件的内力图(主要为M.、N、V图)在满足绕度、侧移限值及翼缘宽厚比、腹板高厚比等要求的前提下调整构件截面尺寸。截面尺寸的调整灵活多样:除腹板高度变化外,厚度也可根据剪力大小的分布进行调整;上下翼缘可采用不同的截面,相邻单元的翼缘、腹板也可采用不同截面。上下翼缘的宽度、厚度,腹板的高度、厚度,构件大小头尺寸等都是影响整个刚架用钢量的因素。对于工厂加工构件应注意构件长度的合理取值,出于运输方便的考虑,单根构件长度一般不宜超过12m。对于吊车梁的截面优化也比较灵活,可以采用翼缘上大下小的形式,也可以采用变截面的鱼腹式钢梁等。

4.2 门式钢架的节点优化

门式刚架的节点主要包括柱脚节点、梁柱节点、梁梁拼接节点、牛腿与吊车梁的连接节点等。一般情况下柱脚宜设计成铰接,当有吊车时应设计成刚接。根据CECS102:2002第7.2.20条规定:不考虑锚栓抗剪,水平剪力由柱脚底板与混凝土间的摩擦力或设置抗剪键承受。现今版本的PKPM-STS已有抗剪键设置及计算的功能,可直接采用。梁柱连接及梁梁拼接形式见CECS102:2002第7.2.1条。值得期待的是关于梁柱半刚性节点的量化、分级及应用,目前在发达国家已广泛应用,而国内应用还很少。为了更进一步的优化设计,将来在国内的应用将会是一种趋势。关于半刚性节点的知识可参见E.S.Kameshki,M.P.Saka/Computers and Structures79(2001)1593-1604等国外相关文献。

5 其它优化影响因素

1)当为无吊车厂房时支撑可采用柔性支撑,一般为带张紧装置的十字交叉圆钢;

2)刚性系杆在适当部位可采用满足计算和构造要求的双檩条代替,同时应注意选择合理的施工、安装顺序,防止倾倒;

3)为了减小檩条的跨中弯矩,可采用连续檩条形式,连续檩条一般采用卷边Z型檩条;

4)为避勉受压翼缘板板件屈曲和保证刚架平面外稳定,应在受压翼缘与檩条(墙梁)之间设置减小刚架平面外计算长度的隅撑,隅撑间距一般为隔檩布置;

5)根据CECS102:2002第4.3.1条的规定:当厂房横向长度大于150mm或纵向长度大于300mm时应设置伸缩缝。为避免设置双柱、双刚架,可在需设置伸缩缝位置处搭接檩条的螺栓连接采用长圆孔,并使该处屋面板在构造上允许胀缩。

摘要：根据笔者多年工作经验并结合相关技术资料,对门式刚架轻型房屋钢结构设计优化提出一些可行的建议、观点,并结合相关规范、规程的条文规定对优化过程中应注意的问题及合理建议进行阐述、说明。较为系统、完整地讲述了优化过程,以供设计人员参考。

关键词：轻型门式刚架,优化,用钢量,建筑尺寸,构件截面

参考文献

【1】GB50009—2012建筑结构荷载规范[S].

【2】GB50017—2003钢结构设计规范[S].

【3】GB50018—2002冷弯薄壁型钢结构技术规范[S].