门式刚架轻型房屋钢结构设计论文

门式刚架轻型房屋钢结构设计论文
【摘要】门式刚架轻型房屋钢结构在我国的应用已越来越广泛，技术日趋成熟，但需要完善和研究的问题仍较多。

在门式刚架轻型房屋钢结构设计时，应根据工程实际选择适用的规范，学习和理解规范的条文内容，建立清晰的结构概念，总结设计经验，注重整体分析，并根据具体的工程情况选择合理的柱距，并注意屋面活荷载的取值与风荷载计算存在的问题。

1、门式刚架轻型房屋钢结构的主要特征
门式刚架轻型房屋钢结构是指以H型钢截面门式刚架为主的横向承重结构和纵向由冷弯成型的檩条、墙梁、墙柱、屋面板、墙板及各支撑体系等组成的轻钢建筑物。

这类结构体系质量轻，机械化程度高，施工周期短，综合经济效益高，已广泛应用于单层工业厂房、仓库和公共建筑中。

除此之外，门式刚架轻型房屋钢结构还具有以下特点：
（1）采用轻型屋面，大大减轻了屋面重量，从而减小刚架截面尺寸和基础大小。

（2）刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比。

变截面时可根据需要改变腹板高度和厚度及翼缘宽度，做到材尽其用。

（3）刚架的腹板可按有效宽度来设计，即允许部分腹板失稳，利用其屈曲后强度，这样一来腹板高厚比可超过普钢结构高厚比，从而减小腹板厚度。

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

（5）控制荷载通常是竖向荷载，但当房屋较高或风荷载较大时，风荷载的作用不容忽视。

同时由于结构自身轻，地震往往不起控制作用。

（6）门式刚架结构受力小、跨度大，其构件截面比普钢结构更小，结构的刚度、变形及平面外稳定性常成为控制性的因素。

（7）结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。

构件单元可根据运输条件划分，在现场用螺栓连接，安装方便快捷，土建施工量小。

（8）易于拆迁，临时建筑也可以采用。

2、门式刚架轻型房屋钢结构设计应注意的问题
2.1 执行规范的选用
跨度不大于36m，檐口高度不大于15m（当桥式吊车起重量不大于10t、无较大的吊挂荷载以及基本风压不大于0.6kN/m2且抗震设防烈度不大于7度时，可放宽至18m），主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t 的A1～A5工作级梁式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构，按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002进行设计，而超出以上范围的门式刚架则应遵照《钢结构设计规范》GB50017-2003执行。

2.2 结构形式
门式刚架轻型房屋的屋盖及墙面通常采用压型钢板屋（墙）面板
和冷弯薄壁型钢檩条（墙梁），外墙亦可采用砌体。

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形截面或轧制H形截面。

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楔形。

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。

2.3 合理柱距的选择
通常情况下，柱距增大，刚架单位面积用钢量减少，吊车梁及檩条、墙梁、支撑等围护结构用钢量增大；柱距减小，刚架单位面积用钢量增大，吊车梁及檩条、墙梁、支撑等围护结构用钢量减少。

对于每一个具体工程，必然存在一个用钢量较低的合理柱距。

研究表明，无吊车厂房的合理柱距为6-8m，有吊车厂房的合理柱距为8-9m。

因此，在工艺与建筑允许的前提下，我们应优化柱距，使其经济合理。

2.4屋面活荷载的确定
屋面活荷载效应组合应符合以下原则：
（1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；
（2）积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑。

CECS102规定：当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值（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刚架构件，屋面坚向均布活荷载的标准值可取不小于
0.3kN/m2。

GB50017则规定：对支承轻屋面的构件或结构（檩条、屋架、框架等），当仅有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60m2时，屋面均布活荷载应取0.3kN/m2，当有两个及以上可变荷载考虑荷载组合值系数参与组合时，屋面均布活荷载仍应取0.5kN/m2。

值得注意的是，门式刚架轻型房屋钢结构属于对雪荷载敏感的结构，雪荷载常常是控制荷载，极端雪荷载作用下容易造成结构整体破坏，因此应按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012的规定采用100年重现期的雪压。

此外，屋面活荷载的取值还应遵循地方规定，如湖南省在2008年冰灾后，发布了《关于做好房屋建筑工程抵御冰雪灾害设计工作的通知》湘建设〔2008〕80号，其中规定不上人的轻型屋面活荷载不宜少于0.7kN/m2。

2.5风荷载计算
分析研究表明，当柱脚铰接且刚架的跨高比小于2.3 和柱脚刚接且跨高比小于3.0时，采用GB 50009规定的风荷载体型系数进行刚架设计偏于安全；而在其它情况下，按GB 50009 规定的风荷载体型系数计算所得控制截面的弯矩，较按CECS102规定的体型系数计算所得值低0～60%，即严重不安全。

因此，在计算风荷载时，应根据柱脚情况及跨高比范围选择相应的规范进行计算。

对于CECS102未作规定的建筑类型和体型，如风荷载体型系数采用GB 50009 的规定值，则基本风压和阵风系数也应配套地采用相应的规定值。

此外，这种房屋的屋面风吸力较大，檩条在风吸力作用下有可能产生下翼缘失稳，因此
在设计时应予以注意。

2.6 支撑体系布置
门式刚架结构中的支撑体系对结构的整体稳定性起着重要作用，直接关系着整个建筑的安全。

支撑体系的主要作用是把施加在纵向结构上的风、起重机及地震等荷载从其作用点传至主刚架、基础及地基，同时将横向框架连成一个几何不变体系，保证结构可靠地承担荷载。

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，当设置在第二个区间时，在第一开间内相应位置应设置刚性系杆，以保证荷载能传至屋盖的横向支撑。

在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑。

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。

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。

【结束语】门式刚架轻型房屋钢结构在我国的应用已越来越广泛，技术日趋成熟，但需要完善和研究的问题仍较多。

在门式刚架轻型房屋钢结构设计时，应根据工程实际选择适用的规范，学习和理解规范的条文内容，建立清晰的结构概念，总结设计经验，注重整体分析，并根据具体的工程情况选择合理的柱距，并注意屋面活荷载的取值与风荷载计算存在的问题。

此外，除主刚架强度和稳定计算外，支撑体系的布置也十分重要，应予以重视。

只有遵循以上原则，才能使结构设计既经济合理，又安全可靠。

[参考文献]
[1] CECS102：2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（2012
年版）.中国工程建设协会标准.中国计划出版社
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[4]黄宇峰.门式刚架轻型房屋钢结构设计浅谈与用钢量分析[J]. 科技传播 2010（07）.。