第三章 轻钢结构设计

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3.4.2 结构形式及有关要求
门式刚架结构的支撑，宜采用张紧的十字交叉圆钢组成。圆钢与 构件的夹角应在30°～60°范围内。圆钢端部都应由丝扣，校正 定位后将拉条张紧固定。
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檩条(可兼做撑杆) 节点板
支撑
隅撑 专用撑杆（系杆） 轴向刚度应大于檩条 刚架梁
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3.4.2 结构形式及有关要求
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3.4.1 特点和适用范围
定义 轻型门式刚架结构，专指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200kN的A1~A5工作级别桥式吊 车或30kN悬挂式起重机的单层房屋钢结构。
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3.4.1 特点和适用范围
设计特点
1）采用轻钢屋面，可减小梁柱截面及基础尺寸。
3. 结构平面布置
柱间支撑的间距：无吊车时宜取30～45m；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。
房屋高度较大时，柱间支撑要分层设置。
在设置柱间支撑的开间应同时设置屋盖横向支撑以组成几何不变 体系。
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柱间支撑
吊车梁
框架柱

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3.4.2 结构形式及有关要求
1. 结构形式
单跨双坡
双跨双坡
多跨双坡
带挑檐刚架
带毗屋刚架
单坡屋盖
单层刚架结构：分为单跨、双跨或多跨的单、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。中柱可采用摇摆柱。
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框架梁
框架柱
刚接
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3.4.3 内力及侧移计算
荷载
③吊车荷载C
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3.4.3 内力及侧移计算
荷载
④风荷载。由于（轻钢）门式刚架这类轻型房屋钢结构，其屋面坡度一 般较小，高度也较低（属低层房屋体系），故其风荷载的计算不能完全 按照《建筑结构荷载规范》（主要为风荷载体型系数），若按其计算门 式刚架的风荷载则会引起结构在大多数情况偏于不安全，甚至严重不安 全。因此，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》对风荷载的计算制定 了如下的规定
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3.4.1 特点和适用范围
设计特点
8）为使支撑做得轻便，可采用张紧的圆钢；
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3.4.1 特点和适用范围
应用情况
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) 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。 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。
3. 结构平面布置
（2）结构构件布置 在多跨刚架局部抽掉中间柱或边柱处，可布置托架梁或托架。
屋面檩条的形式和布置，应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋 面材料和檩条供货规格等因素的影响；屋面压型钢板的板型、 厚度与檩条间距和屋面荷载有关，应根据计算确定。
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3.4.2 结构形式及有关要求
3. 结构平面布置
体系代表：轻型框架体系、交错桁架体系、门式刚架体系、低层龙骨 体系（低层：3层，12m；多层： 9层，28m ；其他高度：参考）
两个优先：
应优先采用定型的和标准化的构件以及标准化的节点型式； 优先采用与轻型钢结构相适应或相配套的各种建筑材料。
为什么要发展轻型钢结构： 节材、节能、减排、可循环、提升工业化——可持续发展
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压型钢板的表示方法：YX波高－波距－有效覆盖宽度。 如YX15-380-760即表示：
波高为15mm、波距为380mm、板的有效覆盖宽度为760mm的板型。
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压型钢板根据波高的不同，一般分为低波板 ( 波高 <30mm) 、中 波板 ( 波高为 30—70mm) 和高波板 ( 波高 >70mm) 。波高越高，截 面的抗弯刚度就越大，承受的荷载也就越大。
屋面板一般选用中波板和高波板，中波在实际采用的最多。 墙板常采用低波板。因高波板、中波板的装饰效果较差，一般 不在墙板中采用。
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为提高压型钢板的保温、隔热性，可采用聚苯乙烯与两层压型
钢板复合制成的夹心板，如EPS(expanded polystyrene)板等。
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3.4.1 特点和适用范围
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3.4.2 结构形式及有关要求
3. 结构平面布置
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3.4.3 内力及侧移计算
荷载
永久荷载 D：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。 围护材料的轻量化是实现结构轻量化的关键之一。
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3.4.3 内力及侧移计算
荷载
刚架转折处（如柱顶和屋脊）宜设置通长的刚性系杆。
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3.4.2 结构形式及有关要求
3. 结构平面布置
支撑 柔性系杆 支撑 柔性系杆 支撑 刚性系杆
支撑 框架梁
系杆
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刚架梁 檩条 兼做系杆的檩条或专设系杆 张紧的圆钢作为斜杆
刚架梁

框架梁——弦杆； 斜向圆钢——斜腹杆； 檩条或系杆——竖腹杆； 刚性系杆——与“桁架”结点相连，可传递压力的檩条或系杆； 柔性系杆——与“桁架”结点相连，只传递拉力的系杆； 圆钢支撑要张紧，受拉不受压，是柔性系杆。
多坡屋面积雪 雨蓬顶积雪 阴角堆雪
屋顶滑雪堆雪
不利积雪：全跨积雪，半跨积雪，局部积雪
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3.4.3 内力及侧移计算
荷载
③吊车荷载 C。起重机荷载包括竖向荷载和纵向及横向水平荷载， 按照《建筑结构荷载规范》的规定采用。
左刹 右刹 柱子最大 轴压位置 吊车梁最大 弯矩位置
Pmax (a)
Pmin
(b)
设计特点
2 ）当跨度较大时可在跨中增设中间柱做成一个屋脊的多跨大双 坡屋面，避免内天沟排水。中间柱可采用上下铰接摇摆柱，占空 间小；
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3.4.1 特点和适用范围
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3 ）刚架侧向刚度可藉檩条和墙梁的隅撑保证，以减少纵向刚性 构件和减小翼缘宽度；
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3.4.1 特点和适用范围
设计特点
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3.4.1 特点和适用范围
适用范围
门式刚架通常用于跨度9～36m、柱距6～9 m、柱高4.5～12m； 没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。
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。
铰接
排架
铰接柱脚：基础处理简便，节省柱脚用钢；缺点：刚度差； 刚接柱脚：高度大，吊车重时，采用； 排架：轻型门式刚架基本不用（重型厂房用）。
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3.4.2 结构形式及有关要求
2. 建筑尺寸
跨度：应取横向刚架柱轴线间的距离。宜为 9 ～ 36m ，以 3m为模数； 柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素 ，宜取6m、7.5m、或9m； 高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点的高度，宜取4.5-9m ，必要时可适当放大; 挑檐长度：根据使用要求确定，宜为0.5~1.2m。
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.刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5-1/10，是一种经济可靠的结 构形式。
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3.4.1 特点和适用范围
压型钢板是将薄钢板 (彩色薄钢板）经辊压冷弯成 V型、 U 型、 W型等类似 形状，用于建筑屋面、墙面和楼板的建筑材料。 压型钢板特点： 自重轻、强度高、刚度较大、抗震性能较好、施工安装方便，易于维护 更新，便于商品化、工业化生产的特点。 具有简洁、美观的外观，丰富多彩的色调以及灵活的组合方式，是一种 较为理想围护结构用材。 由基材、镀层和涂层三部分组成 基材：由板厚度为0.5mm～2.0mm的薄钢板经辊压冷弯成型。 镀层：热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝和热镀锌等。 涂层：聚脂涂料、有机硅改性聚脂涂料等。
可变荷载： ①屋面活荷载 L。当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活 荷载标准值（按水平投影面积计算）应取0.5kN/m2；对受荷水平 投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标 准值可取0.3kN/m2。
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3.4.3 内力及侧移计算
荷载
②屋面雪荷载S和积灰荷载A。屋面雪荷载和积灰荷载的标准值应 按《建筑结构荷载规范》的规定采用。积灰荷载一般出现在重型 厂房中。
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—风荷载标准值（kN/m2） —基本风压，《建筑结构荷载规范》，按50年一遇，特殊另议 —风荷载高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》规定采用； 见《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》。
柱网
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3.4.2 结构形式及有关要求
3. 结构平面布置
（1）温度区段长度 ：纵向温度区段<300m 横向温度区段<150m 当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔， 并使该处屋面板在构造上允许胀缩；或者设置双柱。 吊车梁与柱的连接处也沿纵向采用长圆孔。
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3.4.2 结构形式及有关要求
的范围内砌筑砌体结构墙体。
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3.4.2 结构形式及有关要求
3. 结构平面布置
（4）支撑体系——屋面水平支撑 在每个温度区段或者分期建设的区段中，应分别设置能独立构成 空间稳定结构的支撑体系。
端部横向水平支撑宜设在温度区段端部的第一个或第二个开间。 当设置在第二个开间时，在第一开间的相应位置宜设置刚性系杆。
框架柱； 斜向杆：（单、双）槽钢，（单、双）角钢（刚性支撑）或圆钢（柔性支撑）； 吊车梁； 纵向系杆（墙梁或专用杆件）。
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纵向框架 （1）基本构成：柱、吊车梁、纵向支撑（墙梁＋天沟）、柱间支撑 （2）计算模式：铰接体系
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3.4.2 结构形式及有关要求
3. 结构平面布置
4 ）跨度较大的刚架可采用改变腹板高度、厚度及翼缘宽度的变 截面；
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。
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3.4.1 特点和适用范围
设计特点
5 ）刚架的腹板允许其部分失稳，利用其屈曲后强度，即按有效 宽度设计，可减小腹板厚度，不设或少设横向加劲肋； 6 ）竖向荷载通常是设计的控制荷载，地震作用一般不起控制作 用。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视； 7) 屋面坡度：1/10~1/20。
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3.4.2 结构形式及有关要求
3. 结构平面布置
（3）墙架布置
山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙梁及其支撑组成的山墙墙架， 或直接采用门式刚架。
门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面时， 墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型及规格而定。
当抗震设防烈度不高于 6度时，房屋的外墙可采用轻质板墙或砌 体；当为7度、8度时，不宜采用嵌砌砌体；9度时宜采用轻质钢 板墙或与柱柔性连接的轻质墙板。
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檩条节点及屋面支撑节点 抗风柱
山墙支撑
框架柱
墙梁
抗风柱的双重作用：传递墙面风荷载（法向）；传递围护材料重力荷载 山墙支撑作用：抗风柱稳定性；山墙面提供结构体系抗侧刚度。
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3.4.2 结构形式及有关要求
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3.4.2 结构形式及有关要求
为了延长压型钢板的使用寿命，防止硬物撞击，一般在地面以上0.9～1.0m
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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。
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3.4 门式刚架结构设计
本节目录
3.4.1 特点和适用范围 3.4.2 结构形式及有有关要求 3.4.3 内力及侧移计算 3.4.4 杆件截面选择 3.4.5 节点构造
第三章 轻钢结构设计
本章目录
3.1 轻钢结构常用建筑材料 3.2 轻型钢屋架设计 3.3 钢管钢屋架设计
3.4 门式刚架结构设计
3.5 金属拱形波纹屋盖 3.6 设计实例
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什么是轻型钢结构：
构件特征：以热轧轻型型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、冷弯薄壁型 钢以及薄柔截面构件等作为主要受力构件。（薄柔截面构件：板件宽 厚比超过达到屈服强度所规定的宽厚比限值）