轻钢结构(门式钢架和拱)

（a）钢板檩托
（b）角钢檩托
檩条连接构造
（四）拉条与撑杆
拉条（图（a）～（c））和撑杆（图（d））是提高 檩条侧向稳定性的重要构造措施，拉条仅传递拉力，撑杆 主要承受压力，和拉条共同作用，将檩条沿屋面坡度方向 的分力传给梁或柱。
拉条和撑杆的截面应按计算确定，拉条一般采用直径 8～16mm的圆钢，撑杆可采用钢管、方管或角钢做成，其 长细比按压杆要求不能大于200。
－
－
4．实腹屋面梁和托梁 （1）实腹屋面梁 实腹屋面梁结构体系是在钢筋混凝土结构上用钢梁、
檩条、屋面支撑和屋面板搭建而成。屋面钢梁采用人 字钢梁，按简支梁设计，可根据受力情况分段采用变 截面，钢梁对混凝土柱有推力。
实腹梁钢屋架形式
（2）托梁 当因建筑或工艺要求门式刚架柱被抽除时，应沿纵向柱列布置
3.荷载组合原则 （1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中 较大值； （2）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； （3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外 的其他自重（如拉条支撑自重）同时考虑； （4）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时 考虑。
（二）计算
正在建设的门式刚架工程实例
工程实例： 青岛永源体育用品有限公司加工车间，是由韩
国投资建设的2万平方米轻钢结构多层工业厂房。
主体结构采用轻钢结构框架体系。楼面板采用 钢－混凝土组合楼板。屋面板均采用双层压型钢 板，两层压型钢板之间放置了耐火性能较好的岩 棉保温隔热层，波浪造型的轻钢结构屋面梁轻盈、 活泼，克服了工业建筑造型单一、立面造型呆板 的缺点。
（一）荷载 1.永久荷载 屋面材料重量（包括防水、保温、隔热层等）、支撑和 檩条自重； 2.可变荷载 屋面均布活荷载、屋面雪荷载、积灰荷载和风荷载、施 工及检修荷载。对轻型屋面，檩条设计的风荷载要考虑 向上的吸力和向下的风压力两种情况。 采用双檩条兼做刚性系杆时，应考虑檩条作为纵向支撑 体系的一部分而产生的轴向内力；对设有隅撑的檩条， 尚应考虑作为刚架梁受压翼缘侧向支承产生的附加轴力 和弯矩。
（6）对于交叉支撑斜撑可不计压杆的受力。当同一柱列设 有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可按考虑； （7）在每一伸缩缝区段，沿每一纵向柱列均应设置柱间垂 直支撑,且与横向水平支撑同一节间(下图)。
柱间支撑布置
2．屋面水平支撑
（1）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；.
（2）在刚架转折处（柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性 系杆；
学习目标
1.1 概述
轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具 有以下技术特征： 1.结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用 建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。 2.门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以 组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。 3.屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/51/10，是一种经济可靠的结构形式。
托梁以支承已抽位置上的中间榀刚架上的斜梁。托梁一般采用 焊接工字形截面，当屋面荷载偏心产生较大扭矩时，可采用箱 型截面。
托梁的形式和尺寸
三、支撑体系布置
1．柱间支撑 （1）无吊车时柱间支撑的间距宜取30～45m；当有吊车时宜设 在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间 距不宜大于60m； （2）当建筑物宽度大于60m时，内柱列宜适当增加柱间支撑； （3）支撑与构件的夹角应在30°～60°范围内，宜接近45°； （4）柱间支撑可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑(下图)， 当桥式吊车起重量大于5ｔ时，宜采用型钢支撑； （5）柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向荷载（如风、吊 车制动力）按支承于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算；
3 隅撑布置 为保证刚架梁下翼缘和柱内翼缘的平面外稳定性，可在梁 与檩条或柱与墙梁之间增设隅撑。
隅撑应按轴心受压构件设计，轴压力按下式计算
N Af
fy
60cos 235
A—— 实腹式横梁被支承翼缘的截面面积； f—— 实腹式横梁钢材的强度设计值； fy—— 实腹式横梁钢材的屈服强度；
—— 隅撑与檩条轴线间的夹角。
（3）屋面交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑 杆件(如横杆)及刚性系杆应按压杆设计；
（5）刚性系杆可由檩条兼作(屋脊缘口处须加 强)，此时檩条应满足对压弯构件的刚度和承载 力要求；
（6）屋盖横向水平支撑可仅设在靠近上翼缘处
（7）交叉支撑可采用圆钢，按拉杆设计；
（8）屋面横向水平支撑内力，应根据纵向风荷 载按支承于柱顶的水平桁架计算，对于交叉支 撑可不计压杆的受力。
正在建设中的多层轻钢结构厂房
压型钢板外墙板
1.1.1 门式刚架结构的组成
主要承重骨架－门式刚架 檩条、墙梁 －冷弯薄壁型钢 屋面、墙面 －压型金属板、彩钢夹芯板 屋面及墙面保温芯材 －聚苯乙烯泡沫塑料、
聚氨酯泡沫塑料、岩棉等 支撑 －屋面支撑、柱间支撑
Baidu Nhomakorabea
单层轻型钢结构房屋的组成
屋檐斜拉条 屋面直拉条 刚架梁
（3）当屋盖有天窗时，应在天窗两侧檩条之间设置 斜拉条和直撑杆；撑杆处应同时设置斜拉条，将檩条 沿屋面坡度方向的分力传到钢梁或钢柱上。
（4）拉条一般设置在离檩条上翼缘1/3高度处，当檩条 在风吸力作用下，受力反号且平面外稳定不满足要求时， 宜在檩条的上下翼缘1/3腹板高度处设剪刀式拉条。
二、檩条计算
2.门式刚架的梁、柱多 采用变截面杆件，檁 条采薄型,可以节省 材料。
3.组成构件的杆件较薄， 对制作、涂装、运输、 安装的要求高。
4.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。
1.1.3 门式刚架结构的应用情况
1.我国门式刚架设计规程：《门式刚架轻型房屋钢 结构技术规程》(CECS102:2002) 2.应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体 育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。 3.应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构 建筑物竣工。
第3章 轻型门式刚架结构
1.1 概述 1.2 结构形式和布置 1.3 刚架设计 1.4 压型钢板设计 1.5 檩条设计 1.6 墙梁设计 1.7 支撑及构造设计
学习目标
了解轻型门式刚架的特点、应用现状和发展前景，熟悉 门式刚架的结构体系、维护结构及设计方法。
学习难点
掌握轻型钢结构和普通钢结构的区别,以及变截面计算。
（2）当屋面不能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可按下式 计算受弯檩条的稳定性（只对冷弯薄壁型钢）
Mx My f bxWex Wey
Wex、Wey—— 对主轴x、y的有效截面模量（有效截面模 量只针对冷弯薄壁型钢，热轧型钢用毛截面模量相对简单） ；
4.轻型门式刚架的适用范围及截面形式：
(1).屋面荷载较小，横向跨度为9～36m，柱高为 4.5～12m，柱距6m～9m
(2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。
(3).当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时， 屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向 跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚 架形式。
5.变截面刚架与等截面刚架的对比:
▪ 柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图
形附合较好，受力合理、节省材料。
▪ 变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等
截面方便。
6.柱脚形式:
门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。
刚接柱脚详图
变截面梁
刚接柱脚门式刚架
铰接柱脚详图
变截面梁、柱
铰接柱脚门式刚架
刚接柱脚工程实例
（三）连接 （1）檩条可设计为单跨简支构件或连续构件； （2）简支檩条和连续檩条一般通过搭接方式不同实现。 连续C形檩条可通过采用稍大一点足够长的C形槽钢套在屋面 檩条外后用螺栓锁紧实现，直卷边或带斜卷边的Z形连续檩条 可采用叠置搭接来实现。
钢板檩托 檩条
檩条
角钢檩托
檩条
檩条
刚架梁
刚架梁
刚架梁
角钢檩托 刚架梁
3．结构布置
（1）温度区段布置(如下表)
（2）伸缩缝设置
可通过设置双柱，或搭接檩条,及吊车梁的螺拴连接处
采用长圆孔进行调节。
温度区段长度
结构情况
采暖和非采暖 地区房屋
热车间和采暖 地区非采暖房屋
露天结构
纵向温度区段 220 180 120
横向温度区段 柱顶为刚接 柱顶为铰接
120
150
120
125
的和带毗屋的刚架等形式。
（a）单跨刚架 （b）双跨刚架
（c）多跨刚架
（d）带挑檐刚架 （e）带毗屋刚架 （f）单坡刚架
2．门式刚架的尺寸
跨度：横向刚架柱轴线间的距离； 高度：地坪至柱轴线与横梁轴线交点的高度，根据使用要求的室内净高
确定。无吊车时，高度一般为4.5～9m；有吊车时应根据轨顶标高和吊车 净空要求确定，一般为9～12m。 柱距：宜为6m，通常介于4.5～9m之间。 檐口高度：地坪至房屋外侧檩条上缘的高度； 最大高度：地坪至房屋顶部檩条上缘的高度； 房屋宽度：房屋侧墙墙梁外皮之间的距离； 房屋长度：房屋两端山墙墙梁外皮之间的距离； 屋面坡度：宜取1/8～1/20，在雨水较多地区可取较大值。
h
1/3h
1/3h
檩条间距 圆钢
（a）直拉条
檩条
拉条
（c）剪刀拉条
圆钢
（b）斜拉条
圆管
檩条间距
圆钢
（d）撑杆
檩条间距
拉条和撑杆的布置原则： （1）当檩条跨度l≤4m时，可按计算要求确定是否需要 设置拉条； （2）当屋面坡度i≥1/10或檩条跨度l＞4m时，应在檩条 跨中受压翼缘设置一道拉条；当跨度大于6m时，宜在檩条 三分点处各设一道拉条（图3-13）；
加劲板 地脚螺栓
等截面 刚架柱
变截面 刚架梁
第二节 结构形式和布置
一、门式刚架结构特点
结构特点 （1）刚架梁、柱采用轻型H型钢（等截面或变截面）组成； （2）刚架梁与柱刚接，柱脚与基础宜采用铰接；当设有桥 式吊车、檐口标高较高或对刚度要求较高时，柱脚和基础可 采用刚接； （3）构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺 栓连接，安装方便快捷，土建工作量小。 （4）在非地震区可采用张紧的圆钢作为支撑；
屋面檩条 屋面水平支撑
通长刚性系杆 屋脊斜拉条 刚性系杆
通长
墙面斜拉条
山墙檩条 山墙抗风柱 墙面直拉条
山墙角柱
刚架柱 窗边立柱 门洞立柱 柱间支撑
门式刚架结构示意
1.1.2 门式刚架结构的特点
重量轻 工业化程度高、施工
周期短 柱网(无模数)布置灵
活 综合经济效益高
门式刚架整体性能：
1.门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、 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。
隅 撑
檩托
第二节 檩条设计
屋架上弦
檩托
檩条
檩托
檩条
屋架上弦
一、檩条布置和连接
（一）截面形式 檩条一般设计成单跨简支构件，有实腹式和桁架式两大 类，实腹式檩条也可以设计成连续构件。
（a） （b） （c） （d） （e） （f） 实腹式檩条
桁架式檩条
（二）布置和连接
（1）檩条承受弯曲和扭转的共同作用； （2）C形和Z形檩条，宜将上翼缘肢尖（或卷边）朝向屋脊方 向； （3）屋脊檩条应采用双檩条方案，并应在高度1/3处用圆钢 或钢管相互拉结； （4）檩条跨度由主刚架柱距决定； （5）檩条间距应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、天沟、 屋面材料、檩条规格等因素，一般应等间距布置，但在屋脊 和檐口处，为便于屋脊盖板和天沟收边，檩条布置应做局部 调整。
2.强度计算
Mx My f Wenx Weny
Mx、My—— 刚度最大主平面（由py引起）的弯矩和刚度 最小主平面（由px引起）的弯矩；
Wenx、Weny—— 对主轴x、y的有效净截面模量；
x、y—— 截面塑性发展系数；
f—— 钢材的强度设计值。
3.稳定计算
（1）当屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可不计算檩 条的整体稳定性。
（a）C型截面 （b）Z型截面 檩条计算示意图
1.内力分析 垂直于主轴x和y的分荷载按下式计算：
px psin 0
py p cos0
式中 p—— 檩条竖向荷载设计值；
0 ——p与主轴y的夹角：对C形、槽形和工字型截面 0=，为屋面坡角； 对Z形截面 0= - ，
为主轴x与平行于屋面轴x1的夹角。
（5）用C形、Z形薄壁型钢做檩条、墙梁，以彩钢板或 夹芯板做屋面、墙面。
（6）和屋架结构相比，整个构件的横截面尺寸较小， 可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，减小建筑 体积，在建筑造型上也较简洁美观。
第二节 结构形式和布置
二 结构形式与布置 1 结构形式：分为单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐