第三章 轻钢结构设计
轻钢结构建筑的设计与实现
轻钢结构建筑的设计与实现轻钢结构（LSF）是一种新型的建筑结构体系，其优点在于具有轻质、高强、抗震、防火、环保等特点，且施工周期短、使用寿命长，因此近年来广受建筑行业的欢迎。
本文就轻钢结构建筑的设计与实现进行探讨。
一、轻钢结构建筑的设计1.1 结构形式轻钢结构建筑整体上采用钢材、冷弯薄壁钢构件、墙板、地板等构件组合而成，与传统混合结构不同。
其结构形式可分为平面式、轻框架式、桁架式和复合式等多种形式，根据实际需求进行选择。
1.2 抗震设计轻钢结构建筑在进行抗震设计时需要根据地震区划分和建筑物类别确定地震烈度和抗震设防烈度。
同时结合建筑结构的自重、荷载和地震力等进行分析，以确保建筑结构的抗震性能。
1.3 环保设计轻钢结构建筑在设计时需要采用环保材料，尽可能减少对环境的污染。
同时将可再生能源、节能技术等融入到建筑的设计中，提高建筑的能源效率。
二、轻钢结构建筑的实现2.1 建筑施工轻钢结构建筑的施工周期较短，一般只需几个月即可完成建设。
建筑部件采用标准化加工，因此可以大大提高施工效率。
此外，轻钢结构建筑的施工还可以在室内进行，减少对环境的影响。
2.2 能源利用轻钢结构建筑在使用中可以采用太阳能、地源热泵等可再生能源，以实现能源的高效利用。
同时，轻钢结构建筑的隔热材料和保温材料也可以提高建筑的能源利用率。
2.3 建筑运营轻钢结构建筑的运营管理需要将环保和节能理念贯穿于整个运营过程中。
定期保养和检查建筑的结构和设备，确保建筑的运营效率和生命安全。
三、轻钢结构建筑的前景随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，轻钢结构建筑在建筑市场中将会更加广泛。
尤其在城市更新和节能减排方面，轻钢结构建筑的优势更加突出。
未来随着技术的进步和质量的提高，轻钢结构建筑将会更加普及。
在实践中，轻钢结构建筑作为现代化、高质量、绿色、可持续发展的代表，在各种类型的建筑中被广泛运用，已成为现代建筑的不可或缺的重要组成部分。
因此，在设计与实现中都要充分考虑使用环保材料、采用可再生能源、提高能源利用效率、保证施工与运行的高效性等问题，才能更好地满足人们对于高质量住宅和良好环保的需求，更好地推进绿色建筑的发展。
钢结构设计课程-第三章PPT课件
14
3.2.2 梁的弯曲、剪切强度
• 梁的正应力：
梁的M -ω曲线
应力-应变关系简图
15
正应力发展的四个阶段：
梁的正应力分布
(a) 弹性工作阶段：疲劳计算、冷弯薄壁型钢 (b) 弹塑性工作阶段：一般受弯构件 (c) 塑性工作阶段：塑性铰 (d) 应变硬化阶段：一般不利用
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各阶段最大弯矩：
截面高度
容许最大高度hmax 容许最小高度hmin
hmin>=nl/6000 经济高度he
he 73Wx 30(cm)
hmin≤h≤hmax，h≈he
焊接梁截面
35
均布荷载作用下简支梁的最小高度hmin
36
腹板高度hw
腹板高度hw比h略小。
腹板厚度tw 抗剪
tw
V hw fv
局部稳定
58
3.6.2 拉弯、压弯构件的强度计算
➢ 强度极限状态： （静载、实腹式构件） 受力最不利截面出现塑性铰时
压弯构件截面的受力状态
59
➢ 强度计算公式推导：以矩形截面为例
截面出现塑性铰时的应力分布
N A
dA2y0bfy2y h 0bhfy2y h 0N P
M Ay d A b h 2 y 0 y 0 h 2 fy b 4 h 2 1 4 h y 0 2 2 fy 1 4 h y 0 2 2 M P
高层建筑框架柱、屋 架上弦
截面形式 双轴对称截面：同
拉弯构件 单轴对称截面：
受弯矩较大时采用
压弯构件
55
压弯构件的单轴对称截面
56
变截面柱: 高大厂房常 用
变截面压弯构件
(a) 阶形柱
轻型房屋钢结构设计规范
轻型房屋钢结构设计讲座（Ⅰ）设计基本规定及荷载一．我国轻型房屋钢结构规程简介目前我国已制订的有关轻型房屋钢结构的规程有：北京的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》和上海的《轻型钢结构设计规程》（一）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102:98）简介1．性质：中国工程建设标准化协会标准2．主编单位：中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会3．审查单位：中国工程建设标准化协会薄壁型钢结构委员会4．批准单位：中国工程建设标准化协会5．主要内容：共九章，五个附录第1章总则第2章术语、符号第3章基本设计规定第4章结构形式和布置第5章作用效应计算第6章构件设计第7章连接和节点设计第8章制作和安装第9章隔热和涂装附录A 风荷载计算附录B 斜卷边工形冷弯型钢的截面特性附录C 卷边槽形冷弯型钢的截面特性附录D 楔形梁在框架平面内的换算长度技术附录E 檩条在风吸力作用下的稳定计算（二）《轻型钢结构设计规程》（DBJ 08-68-97）简介1．性质：上海市标准2．主编单位：上海市金属结构协会、同济大学3．审查单位：上海市建设委员会科学技术委员会4．批准单位：上海市建设委员会5．主要内容：共十一章，五个附录第1章总则第2章符号第3章材料第4章结构设计的基本规定第5章构件及连接的计算和构造第6章屋盖结构第7章楼面结构第8章单层房屋结构第9章多层房屋结构第10章维护结构第11章涂装附录A 双坡及单坡屋面房屋的风荷载体型系数附录B 考虑冷弯效应的强度设计值的计算方法附录C 轴心受压构件的稳定系数附录D 关于应力蒙皮强度和刚度的整体试验方法附录E 框架柱的计算长度系数二．轻型钢结构的应用范围轻型钢结构在永久性建筑中的应用范围大致如下：1 用于结构中的构件及其体系（1）屋面体系，包括屋面板（压型钢板等）、檩条、屋架、等；（2）楼面体系，包括楼面板（压型钢板等）、次梁等；（3）墙面体系，包括墙板（压型钢板等）、墙梁、墙柱等；（4）吊顶及内隔墙体系，包括隔墙板、龙骨等。
轻型钢结构工业建筑设计
轻型钢结构工业建筑设计一、引言随着经济的快速发展，工业建筑的需求也越来越大。
轻型钢结构作为一种新型的建筑结构体系，因其具有轻质、高强度和施工方便等优点，在工业建筑领域得到了广泛的应用。
本文将就轻型钢结构工业建筑的设计进行探讨和研究。
二、轻型钢结构工业建筑的特点1.轻质：相比传统的混凝土结构，轻型钢结构的自重远远轻于后者，降低了建筑基础和地基的要求，减少了施工成本。
2.高强度：轻型钢结构的抗震性能优异，能够有效地承受自然灾害的袭击，提高了建筑的安全性。
3.施工方便：轻型钢结构采用了工厂化生产，施工现场只需要进行简单的组装，节省了时间和人力成本。
三、轻型钢结构工业建筑的设计要点1.结构设计：轻型钢结构工业建筑设计应选择合适的结构形式，如框架结构、悬挑结构等。
根据工业建筑的功能需求，进行合理的结构布局和间距设置。
2.施工技术：轻型钢结构需要进行精确的施工工艺，包括焊接、螺栓连接等。
在施工过程中，需要注意工艺的细节，确保结构的牢固性和稳定性。
3.防火设计：轻型钢结构工业建筑在设计时应考虑防火措施，如选择防火涂料、设置防火墙等。
防火设计的重点是将火源与轻型钢结构隔离开来，保障人员和财产的安全。
4.施工质量控制：轻型钢结构工业建筑的施工质量控制是保证建筑安全和稳定性的关键。
在施工过程中，需要注意质检工作，并及时处理施工中的问题和缺陷。
四、案例分析以工业园区厂房建设为例进行分析。
该厂房采用轻型钢结构建造，具有以下特点：1. 主体结构采用框架结构形式，采用600mm间距的柱网格布置。
框架结构具有稳定性好、承载力大的优点，能够满足厂房的功能需求。
2.采用焊接工艺进行钢结构的连接，焊缝进行严格的质检，确保焊接质量。
3.轻型钢结构外表面喷涂防火涂料，提高了建筑的防火性能。
4.施工过程中设置了质检小组，进行施工质量的全程监控。
通过该案例的分析可见，轻型钢结构工业建筑设计的关键在于结构合理、施工精细、质量可靠。
这可以通过合理的结构布局、认真的施工工艺，以及严格的质检措施来实现。
轻钢结构厂房项目设计任务书
轻钢结构厂房项目设计任务书轻钢结构厂房项目设计任务书第一章工程概况1.1设计资料1、总建筑面积2520m2；2、建筑层数：轻钢结构厂房，一层(厂房横向跨度30m,纵向跨长84m);3、建筑高度：厂房檐口高9m4、墙体：1.2米以下用砖砌墙体，1.2米以上采用压型钢板，墙体外观注意协调；5、屋面：屋面采用压型钢板+保温棉；6、其他：室内外高差为150mm7、结构形式：厂房为门式刚架结构，基础采用钢筋混凝土独立基础；&抗震设计：建筑物重要性类别为丙类，抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为U类；9、建筑物使用年限类别：三级，建筑耐久年限50年；10、主钢架钢材采用Q345钢，檩条、墙梁等采用Q345钢；11、纵向柱距6m 抗风柱柱距7.5m；12、屋面坡度1：10；13、地形条件：场地地势平坦开阔。
1.2设计依据1、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102 2002)2、《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB50205-2001)3、《钢结构设计规范》(GB50017-20034、《建筑结构制图规范》(GB5009-2001)5、《建筑结构可靠度统一标准》(GB50068-2001)6、《建筑结构设计手册》(冶金工业出版社2002版)7、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)8、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)1.3初设方案1.3.1钢架柱与抗风柱厂房纵向长度84m,设纵向柱距6n，共设15榀框架，第1轴线钢架与第15 轴线钢架设置抗风柱。
厂房横向跨度30m边跨设横向抗风柱柱距7.5m，共设3根抗风柱，柱底铰接。
1.3.2屋面、墙面布置屋面采用压型钢板加保温棉，采用C型冷弯薄壁性檩条，檩条隅撑隔跨布置，屋脊、屋檐处设置斜拉条，在第1轴线钢架与第2轴线钢架、第8轴线钢架与第9轴线钢架、第14轴线钢架与第15轴线钢架处设置水平支撑和竖向支撑，水平支撑与竖向支撑在同一空间内，从而提高屋面结构的整体空间性能。
新版GB50017《钢结构设计规范》
新版GB50017《钢结构设计规范》第一章总则第1.0.1条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规范。
第 1.0.2条本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。
第1.0.3条本规范的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》(CBJ68-84)）制订的。
第1.0.4条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。
第1.0.5条在钢结构设计图纸和钢材订货文件中，应注明所采用的钢号（对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等）、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。
此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别（焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行《钢结构工程施工及验收规范》）。
第1.0.6条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规范的要求。
第二章材料第2.0.1条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。
承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3号钢（沸腾钢或镇静钢）、16Mn钢、16Mnq 钢、15MnV钢或15MnVq钢，其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。
第2.0.2条下列情况的承重结构不宜采用3号沸腾钢:一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－20℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于－30℃时的其它承重结构。
二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于－20℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。
轻型房屋钢结构设计规范
轻型房屋钢结构设计讲座（Ⅰ）设计基本规定及荷载一．我国轻型房屋钢结构规程简介目前我国已制订的有关轻型房屋钢结构的规程有：北京的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》和上海的《轻型钢结构设计规程》（一）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102:98）简介1．性质：中国工程建设标准化协会标准2．主编单位：中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会3．审查单位：中国工程建设标准化协会薄壁型钢结构委员会4．批准单位：中国工程建设标准化协会5．主要内容：共九章，五个附录第1章总则第2章术语、符号第3章基本设计规定第4章结构形式和布置第5章作用效应计算第6章构件设计第7章连接和节点设计第8章制作和安装第9章隔热和涂装附录A 风荷载计算附录B 斜卷边工形冷弯型钢的截面特性附录C 卷边槽形冷弯型钢的截面特性附录D 楔形梁在框架平面内的换算长度技术附录E 檩条在风吸力作用下的稳定计算（二）《轻型钢结构设计规程》（DBJ 08-68-97）简介1．性质：上海市标准2．主编单位：上海市金属结构协会、同济大学3．审查单位：上海市建设委员会科学技术委员会4．批准单位：上海市建设委员会5．主要内容：共十一章，五个附录第1章总则第2章符号第3章材料第4章结构设计的基本规定第5章构件与连接的计算和构造第6章屋盖结构第7章楼面结构第8章单层房屋结构第9章多层房屋结构第10章维护结构第11章涂装附录A 双坡及单坡屋面房屋的风荷载体型系数附录B 考虑冷弯效应的强度设计值的计算方法附录C 轴心受压构件的稳定系数附录D 关于应力蒙皮强度和刚度的整体试验方法附录E 框架柱的计算长度系数二．轻型钢结构的应用范围轻型钢结构在永久性建筑中的应用范围大致如下：1 用于结构中的构件及其体系（1）屋面体系，包括屋面板（压型钢板等）、檩条、屋架、等；（2）楼面体系，包括楼面板（压型钢板等）、次梁等；（3）墙面体系，包括墙板（压型钢板等）、墙梁、墙柱等；（4）吊顶及内隔墙体系，包括隔墙板、龙骨等。
装配式建筑施工轻钢结构的设计与施工
装配式建筑施工轻钢结构的设计与施工一、引言在当今社会，人们对住宅建筑的需求不断增加，同时也对建筑质量、施工速度和环境影响等方面提出了更高的要求。
为了能够快速且高质量地完成建筑项目，并减少对环境的影响，装配式建筑施工轻钢结构应运而生。
本文将重点介绍装配式建筑施工轻钢结构的设计与施工。
二、轻钢结构概述1. 轻钢结构定义轻钢结构是由冷弯薄壁型钢组成，通过连接件将其连接起来形成承重体系，并在其上搭设地板、屋面和墙体等部分。
相比传统混凝土结构，轻钢结构具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优势。
2. 装配式建筑概述装配式建筑即预制装配式建筑，在工厂内制造出各种标准化模块，然后将其运到现场进行组装安装。
这种建筑方式可以有效地提高施工效率，并且减少了对现场环境的干扰。
三、轻钢结构的设计1. 结构设计原则轻钢结构设计应遵循以下原则：（1）满足建筑功能和使用要求。
（2）确保结构稳定和承载能力。
（3）采用合理的材料，以满足强度、刚度和耐久性要求。
（4）考虑建筑在地震、风灾等自然灾害中的抗倒塌能力。
2. 设计流程轻钢结构设计一般包括以下步骤：（1）确定建筑荷载和使用要求。
（2）选择适当的材料和连接方式。
（3）制定符合规范要求的结构方案。
（4）进行静力分析和动力响应分析，验证结构安全性。
四、装配式建筑施工过程1. 地基处理在进行轻钢结构施工前，需要先对地基进行处理。
通常采用挖地基、回填土或打桩等方法来确保地基的稳定性。
2. 钢柱与梁安装首先，在地基上设置好支撑柱，并根据设计要求固定好底部连接件。
接下来，将横向连梁与纵向主梁紧密连接，形成基础的承重骨架结构。
3. 墙体与屋面安装在钢柱与梁安装完成后，可以开始安装墙体和屋面。
墙体通常采用轻质隔墙板，直接固定到钢结构上。
而屋面则可以选择彩钢板或其他适合的材料进行铺设。
4. 内部装修完成外部的结构搭建后，可以进一步进行内部的装修工作。
包括地板、天花板、门窗等各种内饰装饰材料的安装。
五、案例分析以某商务办公楼项目为例。
工业建筑工程中轻型钢结构设计
工业建筑工程中轻型钢结构设计摘要：在新时期建筑领域发展中工业建筑是重要构成内容，当前在建筑施工中大多会选取新型轻型钢结构设计来提升建筑施工质量与施工效益。
工业建筑在施工中要承载较大的负荷量，这样将会导致建筑自身荷载量不断提升。
当前通过轻型钢能有效缓解此类现状，全面突出轻型钢结构应用优势，加快项目施工进度，提升建设效益。
关键词：工业建筑；轻型钢结构；设计在工业建筑施工中运用轻型钢主要是保障生产、设计、施工等环节一体化发展，施工现场各项操作较为便捷，施工材料成本较低，便于缩短项目施工周期，提升建设效益。
轻型钢属于受力较强的结构，在安装、施工中均能满足工业建筑发展需求。
轻型钢在技术层面上要求较为严格，所以在采购以及施工阶段需要结合施工环境选取对应的施工材料。
由于轻型钢性价比较高，能实现批量化生产，所以建筑施工人员主要是选取轻型钢为建筑主要材料，结合材料自身应用特征，满足工业建筑项目钢结构设计要求。
一、轻型钢结构设计基本原则（一）适用性原则轻型钢结构主要是应用在低荷载承重建筑区域，其诸多技术以及产品配置能实现全面普及。
在建筑结构设计中选取镀锌板材料，其抗震性以及抗腐蚀性较强。
轻型钢结构单位面积重量偏低，在空间设定、人力需求等方面能适应诸多地质环境建筑要求，结构体系较为灵活。
对建筑隔声、保温隔热等具有一定适用性，还能满足绿色环保发展要求[1]。
（二）安全性原则在工业建筑设计中需要全面提升安全性，保障施工人员人身安全，还要保障建筑材料以及多方面安全性能较强。
轻型钢是工业建筑中常用的结构类型，保障其安全性至关重要。
工业建筑系统相对庞大，各个操作工序复杂程度较高，当受到外部环境影响，将会导致建筑面临较大损失。
由于建筑原材料生产质量不容易受到控制，在一定程度上会会产生较为严重的火灾。
所以当前需要规范化选取安全系数较高的建筑材料。
（三）经济性原则在工业建筑结构设计中轻型钢运用优势突出，首先是重量偏轻，其次是成本较低。
轻钢结构设计方案
轻钢结构设计方案轻钢结构是一种新型的建筑结构体系，以冷轧薄钢板为主要材料，通过冷弯成型制作出更轻、更坚固的建筑结构。
轻钢结构广泛应用于住宅建筑、工业厂房、商业建筑等领域。
本文将介绍一种轻钢结构设计方案。
首先，我们选择合适的冷轧钢板作为主要材料。
冷轧钢板具有良好的可塑性和韧性，能够满足建筑结构的强度和稳定性要求。
为了提高结构的抗震性能，我们可以采用厚度较大的钢板，并采用双层布置的形式，增加结构的刚度。
其次，我们将采用轻钢结构的拼装施工方式。
轻钢结构具有轻便、拆装方便的特点，可以大大缩短施工周期。
我们将预先设计好的钢板和连接件进行加工，在建筑现场进行安装，从而实现快速、高效的施工。
此外，在设计过程中，我们将充分考虑结构的安全性和经济性。
通过合理分布和配置结构的各个部分，能够最大限度地提高结构的承载能力，减少材料的使用量。
同时，我们还将采用可靠的连接件，以确保结构的稳定性和耐久性。
在具体的设计中，我们将结合建筑的实际需求，灵活运用轻钢结构的优势。
例如，可以通过调整梁柱的布置和跨度，实现灵活的空间布局。
此外，轻钢结构还可以与其他材料相结合，如玻璃、石材等，增加建筑的美观性和功能性。
最后，我们将进行结构的详细计算和分析，确保设计方案的合理性和安全性。
通过对结构的应力和变形进行分析，确定结构的承载能力和稳定性。
同时，我们还将采用先进的计算软件，进行建模和仿真分析，验证设计方案的可行性。
综上所述，轻钢结构设计方案是一种高效、灵活的建筑结构体系。
通过合理选择材料、优化结构布局和考虑结构的安全性和经济性，可以实现结构的高强度、高稳定性和高效率。
轻钢结构设计方案不仅能够满足建筑的功能需求，同时还能够提高建筑的可持续性和环保性。
第三章 轻型门式刚架
从防腐蚀机理分析，锌、铝在大多数大气环境下具有较 高的稳定性，利用他作为钢材基体的防护性涂层是普遍公认 的有效经济的方法。锌在腐蚀性环境介质中会形成一层薄而 致密的附着性很强的腐蚀产物，对周围环境介质起到屏蔽作 用。从而阻止进一步腐蚀。
压型钢板是采用镀锌钢板、冷轧钢板、彩色钢板等作原 料，经辊压冷弯成各种波形的压型板；他具有轻质高强、美 观耐用、施工简便、抗震防火的特点，他的加工和安装已经 达到标准化、工厂化、装配化。有防锈涂层的彩色压型钢板 (图2.16)，所用钢板厚度为0.4~1.6mm，用作轻型屋面及墙 面等构件。 （规格见P494-496附录）
冷弯薄壁型钢具有良好的截面特性，壁 厚仅为1.5～5.0mm，一般采用2.0～3.0mm， 其截面形状合理且多样化；与热轧型钢相比， 在相同截面面积的情况下，薄壁型纲回转半 径可增大50%～60%，截面惯性矩和截面抵 抗矩可增大3～5.0倍，因而能较合理地利用 材料的强度，鉴于他具有自重轻、节省钢材， 制造和安装方便等优点，他在轻钢结构中应 用十分广泛。
（3.75）
• 式中：h、L ——分别为刚架柱高度和刚架跨度，当坡度
大于1:10时，L应取横梁沿坡折线的总长度（图3.44）
• I c、I b——分别为柱和横梁的平均惯性矩，见公式
(3.76)和(3.77)计算；
•
H ——刚架柱顶等效水平力，按公式(3.78)～
(3.82)计算；
•
ξ t ——刚架柱与刚架梁的线刚度比值。
（2）分类
冷弯薄壁型钢可用作檩条，一般有卷边C型及卷边Z 型冷弯薄壁型钢两种，截面特性见附录。
卷边Z型在主平面X轴的刚度大，挠度小，用钢量省， 制造和安装方便，在现场可叠层堆放，占地面积小，是目 前较合理和普遍采用的一种檩条形式。
轻钢结构设计
3.4 门式刚架结构设计
5 节点构造： • 拼接
43
3.4 门式刚架结构设计
5 节点构造： 1）端板连接应按所受b 最大内力计算；b 2）主钢架构件连接e w应采e w 用高强螺栓（承压、摩擦）； 3）栓距应满足施工要求； ef 4）受压翼缘螺栓不少于两排e；f 5）与斜梁端板连接的柱翼缘a部分应与端板等厚
加该区域板件厚度来加强节点域承载能力
1.2M dbdctc
fv
45
3.4 门式刚架结构设计
5 节点构造： • 刚架柱脚
– 能抵抗弯矩作用的柱脚称为刚接柱脚，相反不能
抵抗弯矩作用的柱脚称为铰接柱脚，刚接与铰接
的区别在于是否能传递弯矩，在实际工程中，绝
1.2M
对刚接或绝对铰接都是不可能的，确切地说应该
当布置在第二个开间时，第一开间的相应位置应设 置刚性系杆；
34
3.4 门式刚架结构设计
2.3 结构布置： 4）支撑布置： （4） 当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时
应考虑设置双层柱间支撑； （5）刚架柱顶、屋脊等转折处应设置刚性系杆。
结构纵向于支撑桁架节点处应设置通长的刚 性系杆； （6）轻钢结构的刚性系杆可由相应位置处的檩 条兼作，刚度或承载力不足时设置附加系杆。
1. 彩色涂层钢板
1. 压型钢板
2. H型钢
1. 形式——HW、HM、HN 2. 种类——热轧、高频焊
3. 冷弯薄壁型钢
7
3.1 轻钢结构采用的材料
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3.1 轻钢结构采用的材料
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3.1 轻钢结构采用的材料
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3.1 轻钢结构采用的材料
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3.1 轻钢结构采用的材料
门式刚架轻钢结构设计指导
第三章门式刚架轻钢结构设计§3.1设计一般规定一、结构形式1.门式刚架分为单跨、双跨、多跨（刚架以及带挑檐的和带毗屋的刚架形式。
多跨刚架中间柱与刚架斜梁的连接，可采用铰接（俗称摇摆柱）。
多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖，必要时也可采用由多个双坡单跨相连的多跨刚架形式。
2.在门式刚架轻型房屋钢结构中，屋盖应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板和冷弯薄壁型钢墙梁。
主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘的出平面稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。
主刚架间的交叉支撑可用张紧的圆钢。
3.根据跨度、高度和荷载的不同，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。
4. 门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取1/8～1/20，在雨水较多的地区可取其中较大值。
5.外墙除采用以压型钢板作维护面的轻质墙体外，上可采用砌体外墙或底部为砌体、上部为轻质材料的墙。
二、.建筑尺寸1.门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离，宜为9~36m，以3m为模数，必要时也可采用非模数跨度。
边柱的截面高度不相等时其外侧应对齐。
2.门式刚架的高度，应根据使用要求的室内净高确定，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点之间的高度。
无吊车房屋门式钢架高度宜取 4.5~9m；有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求确定，一般宜为9~12m。
3.门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6m，也可采用7.5m或9m，最大可用12m。
门式刚架跨度较小时可用4.5m。
4.门式刚架的高、宽、长⑴门式刚架轻型房屋的檐口高度，应取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度。
⑵门式刚架轻型房屋的最大高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度。
⑶门式刚架轻型房屋的宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离。
挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.5~1.2m，其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。
第三章 轻钢结构设计
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。
35displacementstep27sub25time27dmx7404设置斜肋刚架柱脚平板式铰接柱脚刚接柱脚一般情况车或刚架侧向刚度过弱118刚接柱脚详图刚接柱脚门式刚架变截面梁铰接柱脚详图铰接柱脚门式刚架变截面梁柱119平板式铰接柱脚a一对锚栓铰接柱脚b两对锚栓铰接柱脚刚接柱脚c带加劲肋的刚接柱脚刚架柱脚120a外露式柱脚刚接铰接钢筋底板b外包式柱脚刚接外包砼755030二次灌浆c插入式柱脚刚接双螺母钢垫板底板混凝土基础121加劲板地脚螺栓122门式刚架轻型房屋钢结构的柱脚宜采用平板式铰接柱脚当有必要时也可采用刚性柱脚
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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
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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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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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。
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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。
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
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）
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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
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。
w k s z w0
wk w0 z
—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
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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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3.4.2 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
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)
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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
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。
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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
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。
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
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
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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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。
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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