带夹层的门式刚架结构设计

带夹层的门式刚架结构设计
摘要：目前，门式刚架结构是钢结构设计中应用最广泛、成熟的结构型式。

实
际工程中为了建筑使用功能要求，局部设置夹层，由于夹层的布置这类结构与常
规的门式刚架厂房存在设计差异。

以某4S店为工程实例，详细介绍结构设计方法。

关键词：夹层门式刚架；PKPM软件；扭转振动，节点连接设计
1.工程概况
本工程位于乌鲁木齐市新市区，建筑总面积为：3867.41平方米，整个主结构由6榀刚
架组成，每榀刚架纵向间距为8m，刚架共4跨，跨度分别为：21m、21m、9m、20m，檐口
标高为7m，坡度角为6°。

该结构所在场地类别II类，抗震设防烈度8度0.2g，地面粗错度B 类，基本风压0.9KN/m2.
2.结构设计方法
结构整体模型如下图所示，为满足4S店建筑功能要求，分别设置两个区域夹层，一部
分为办公施工，一部分为检修车间使用。

夹层荷采用混凝土楼板，由于夹层面积较大，并分
为两个区域，由于夹层布置不规则，地震作用下的空间效应肯定比较明显。

平面建模无法考虑，所以空间建模比较合理。

而且平台荷载大，地震的空间效应不能忽略且该4S平面属平面不规则结构。

依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》4.4.2条要求质量与刚度分布明显不
对称的结构应计算双向水平地震并计入扭转影响。

因建筑使用要求，该4S店在厂房纵向均不能设置柱间支撑。

为保证结构纵向抗侧刚度，采用在各主刚架之间设置纵向刚架保证结构抗侧位移。

综上考虑，结构设计时采用二维建模
方法计算各主刚架应力及位移指标，采用三维建模方法考虑主体结构的双向水平地震及纵向
刚架的强度及位移指标。

图1 4S店三维简图
结构设计中包含以下几个要点：
1）.二维设计：
采用新版STS软件自带夹层建模功能，横向榀刚架的分析主要通过二维计算。

对于带夹层的门式刚架结构，新版《门刚规程》增加了夹层柱的计算长度，因本工程夹
层区域较大，且纵向未设柱间支撑，有纵向刚架及夹层刚架承担纵向风和地震，夹层部分更
接近与框架受力。

如果选择按照门规来验算和控制，无法考虑夹层梁对刚架柱的约束作用，
因此对于与夹层梁相连的柱的计算长度按《钢标》执行。

（a）计算参数设置：门刚类型，按《钢标》验算，有侧移框架，其余参数同门刚要求；
（b）修改构件的验算规范，与夹层相连柱，梁采用《钢标》验算，轻钢屋面梁采用门
规验算；
2）三维设计：
三维设计采用PKPM系列SATWE软件进行，对二维分析计算完成并满足强度，变形等要求的相关截面，将5榀二维刚架在SATWE中建立，纵向因建筑功能要求无法设置柱间支撑，采用纵向设置刚接钢梁与每榀刚架链接。

分析中的注意要点：
（a）对夹层柱、梁软件SATWE默认采用《钢标》计算方法验算稳定、强度；对于轻钢
屋面斜梁在[特殊定义]中将验算规范改为《门规》设计和验算。

在结构分析和构件验算时，
对指定属性的构件，将按《门规》要求设计；
（b）需指定特殊风荷载：因门式刚架自重轻，风荷载敏感的结构。

而三维SATWE软件
默认时只计算外围挡风面，未考虑坡屋面的体型系数。

对屋面的风荷载影响较大，不容忽略。

故，需要在SATWE中执行[特殊风荷载]，对坡屋面的体型系数人工指定，完成坡屋面风荷载
的布置。

（c）计算完成后，需通过“各荷载工况下的结构变形图”查看、判断结构受力的合理性。

带夹层门式刚架三维模型分析时，可能出现局部振动的现象，通过分析，导致该现象一般是
模型中抗侧系统的抗侧能力较差引起的，故建模时，应讲相关屋面水平支撑，夹层处刚性系
杆等建入模型保证结构变形协调。

3）节点设计和施工图绘制：
对三维分析复核满足计算要求的刚架，采用整体刚架在二维菜单中绘制相关屋面刚架斜梁，刚架柱等节点。

对夹层部分梁柱节点采用三维SATWE菜单中的[节点设计]菜单。

依据
《门规》10.2.11条，夹层梁与柱刚接时，梁翼缘与柱翼缘采用全融透焊接，腹板采用高强螺
栓与柱连接，柱在梁上、下翼缘处应设置水平加劲肋。

参考文献
[1]GB51022-2015门式刚架轻型房屋钢结构技术规范.中国建筑工业出版社，2015.
[2]GB50017-2017钢结构设计标准.中国建筑工业出版社，2017.
[3]晋娟茹，夏绪勇带夹层的门式刚架结构设计.土木建筑工程信息技术，2014，6（2）：797.
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在园林建筑小品建设中的效用。

四、小品造型上的仿生设计
在园林建筑小品造型上的仿生设计作为最直观的一种自然生态主题表达形式，设计者通
常会采用雕塑的形式来实现这种仿生设计，起到为整体园林景观点睛的作用。

在基于仿生设
计的造型构建上，设计者一般会在景观比较单一的草地、小树林等位置，设置一个以自然界
动物、植物为题材的雕塑，来增添园林景观的情趣，丰富景观的视觉效果。

在此过程中，设
计者经常会采用与整体色彩、性质反差较大的景观，比如，在绿色的草地上，放置橘黄色的
南瓜雕塑，使仿生小品更加容易吸引观赏者的视线，引导其视线的移动，提高园林景观的灵
动性，优化整体设计效果。

此外，设计者还会配合景观的性质，来设置相应的仿生小品，增
强设计的表现力，比如在小喷泉水景处，设置鱼形状的金属小品，如图4（水景金属雕塑小
品图）所示，增强水景的活力，增强仿生设计的落实效果。

图4 水景金属雕塑小品图
五、小品结构上的仿生设计
在园林建筑小品的设计中，仿生设计在小品结构上的体现，通常比较抽象，但在意识层
面却非常具体，这种设计方式，为园林建筑小品的设计增强了创造性的元素，提高了园林整
体景观的活力。

以设计者常用的海螺结构为例，在结构仿生设计中，设计者一般只会采用海
螺的螺旋主体结构，并搭配镂空、扭曲等设计手法，将其打造成极具创意性的景观小品，虽
然自然界中并不存在与设计成品相同的海螺结构，但是人们依然能够在意识的层面上，解读
小品的海螺仿生结构，使人造物元素与自然元素和谐地融为一体，为观赏者提供了惊艳的视
觉效果。

此外，设计者还可以基于仿生设计，来吸取自然结构的优势，使小品结构更加稳定，增强其实用性能，比如鸟巢的多支架结构，设计者可以利用其极强的稳固性，融合自身的创意，来打造优质的建筑小品，优化仿生设计效果[1]。

图5 模仿叶脉结构的金属雕塑图
六、小品材料上的仿生设计
小品材料方面的仿生设计主要起到了丰富园林景观小品中自然元素、主题表达效果的作用，设计者通过采用人造物，来模仿自然物质的形态，能够在不耗费自然资源的条件下，打
造出与自然生态相似的园林空间，使观赏者更容易获得贴近自然的感受。

在材料仿生设计中，设计者可以合理地搭配、拼接人工材料，塑造出贴近自然生物、植物表皮的图案、纹理，并
模拟自然材料的机理和形态，构建出人造性的自然空间，保持园林整体风格的和谐统一，增
强整体观赏效果。

此外，设计者通过仿生设计，还可以为小品构建实用性的功能，比如，利
用基于蝎子皮肤反应原理的遮光用小品仿生设计，能够有效削弱夏季阳光照射强度，为使用
者提供更加舒适的休息空间[2]。

结论：综上所诉，优化园林建筑小品的仿生设计效果，能够促进园林小品设计水平的发展。

在园林小品设计中，人们借助仿生设计理念可以优化设计品味和深度、保持园林景观的
和谐、增强小品的实用性、优化小品设计的表现力、提高园林整体景观的活力、给予观赏者
贴近自然的感受，从而获得更加优质的设计效果。

参考文献
[1]杨润.浅谈园林建筑小品的仿生设计[J].科技风，2020（09）：1.
[2]徐晓艳，李文彬.园林建筑小品的种类及应用分析——以日照市海曲公园为例[J].现代园艺，2020，43（05）：100-102.。