浅谈门式刚架设计步骤

浅谈门式刚架设计步骤

发表时间：2015-01-06T09:10:41.257Z 来源：《防护工程》2014年第10期供稿作者：郭斌

[导读] 门式刚架上可设置起重量不大于3t 的悬挂吊车和起重量不大于20t 的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式吊车。

郭斌长沙有色冶金设计研究院有限公司 410011

[摘要]轻型门式刚架房屋结构在我国近十多年来得到迅速的发展，主要用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅等。本文简要介绍了轻钢结构的概况，对轻型门式刚架的设计方法、设计步骤、材料选型和设计中需要注意的问题作了简单介绍，为广大结构设计人员提供参考和借鉴。

[关键词]门式刚架，设计，步骤

一、前言轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式，广泛应用于工业、居住和公共建筑，具有施工速度快、建筑造型美观、钢材用量少、造价低廉等优势，而门式刚架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式，在我国更是大量涌现。近几年来，随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H 型钢的出现，门式刚架更是发展迅猛，我国建成此类结构工程已达800 多万平方米，而且每年以约100多万平方米的速度增加。

轻型门式刚架结构是指以轻型焊接H 形钢（等截面或变截面）、热轧H 形钢（等截面）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（槽形、Z 形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱多采用焊接H 形变截面构件，单跨刚架的梁柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用；柱脚可与基础刚接或铰接；围护结构多采用压型钢板；保温隔热材料多采用玻璃棉。

二、设计步骤1.结构形式和结构布置（1）结构形式门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20~1/8。

单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则”，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。门式刚架的柱脚多按铰接设计，当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。门式刚架上可设置起重量不大于3t 的悬挂吊车和起重量不大于20t 的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式吊车。

（2）结构布置门式刚架的跨度应该在尽可能满足生产工艺和使用功能上，根据房屋的高度来合理确定，一般宜为9~36m，当柱宽度不等时，其外侧应对齐。高度应根据使用要求的室内净高确定，宜取4.5~9m。门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件、檩条形式及使用要求等因素，一般宜取6m、7.5m、9m。纵向温度区段小于300m，横向温度区段小于150m（当有计算依据时，温度区段可适当放大）。

2.荷载取值（1）永久荷载永久荷载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。

（2）可变荷载可变荷载包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为1KN）、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。

3.构件设计构件的设计首先是材料的选择. 比较常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn). 通常主结构使用单一钢种以便于工程管理.经济考虑,也可以选择不同强度钢材的组合截面. 当强度起控制作用时,可选择Q345; 稳定控制时,宜使用Q235.（1）钢架柱、梁钢架柱的截面形式可分为实腹式和格构式两种，钢架梁一般采用实腹式。其截面大小一般通过计算确定，而且应通过多次计算分析选择修改其截面尺寸，使其达到或尽量接近满应力状态，直到门式刚架结构的全部杆件的截面尺寸不需修改为止，使门式刚架结构的用钢量最小，以达到造价最低的优化目标。构件截面尺寸的修改，也就是截面尺寸的优化，其方法是选取的截面尺寸力求其在平面、出平面两个方向的截面抗弯抵抗力矩最大，而其截面面积最小，即在外荷载作用下，截面尺寸的选择既要能满足强度、稳定验算中构件材料的设计强度要求，又要使材料用量最省。

（2）檩条檩条的截面形式亦可分为实腹式和格构式两种。实腹式檩条有槽钢檩条、高频焊接轻型H 钢檩条、卷边槽形冷弯薄壁型钢檩条、卷边Z 形冷弯薄壁型钢檩条。格构式檩条有平面桁架式、空间桁架式、下撑式檩条。当檩条跨度不大于9m 时，应优先选用实腹式檩条。实腹式檩条的截面高度H，一般取跨度的1/35~1/50；桁架式檩条的截面高度H，一般取跨度的1/12~1/20。实腹式檩条的截面宽度B，由截面高度H 所选的型钢规格确定；空间桁架式檩条上弦的总宽度B，取截面总高度的1/1.5~1/2.0。

（3）支撑支撑的作用主要是保证结构体系成为空间体系，有足够的空间刚度，支撑所受力主要是风载和地震作用，温度作用。计算支撑内力时一般假定节点为铰接，并忽略偏心的影响，并且一般的支撑都是按拉杆考虑，所以，一般适宜双向布置。支撑分为屋面支撑和柱间支撑。

屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比来选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计，可采用单角钢；非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T 形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且基本风压也较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时，可假定在水平荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。柱间支撑分为上层支撑和下层支撑。上层支撑计算时，为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力，支撑腹杆按柔性拉杆计算。交叉体系的下层支撑当吊车较小时一般用圆钢，较大时通常采用角钢或槽钢。交叉斜杆常按拉杆设计，但为了提高厂房的纵向刚度，当吊车较大时，应按压杆设计。

（4）墙梁墙梁一般采用冷弯卷边槽钢，有时也可采用卷边Z 形钢。墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下，也是双向受弯构件。墙梁应尽量等间距设置，在墙面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿处应设置一道墙梁。为减少竖向荷载作用下墙梁的竖向挠度，可在墙梁上设置拉条，并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱。

（5）节点连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定。按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接。连接的不同对结构影响甚大。节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。

三、总结轻型门式刚架结构具有造价低、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。但是，我国轻