1门式刚架结构设计

受拉构件：承受静力荷载时，桁架构件[]≤350； 吊车梁以下柱间支撑[]≤300； 其它支撑[]≤400； 承受动力荷载时[]≤250。 张紧的圆钢或钢绞线：不限制
1.3.3 刚架柱、梁设计
1.3.3.1 梁、柱板件宽厚比和腹板屈曲后强度应用 (1) 梁柱板件宽厚比限值
梁柱的翼缘，不能发生局部失稳，要求受压翼缘：
侧移限值
在风荷载标准值作用下的刚架柱顶侧向位移不 应超过下列限值：
不设吊车：采用轻型钢板墙时为h/60，采用砌体 墙时为h/100，h为柱高； 设有桥式吊车：吊车有驾驶室时为h/400，吊车由 地面操作时为h/180。
不满足时可采取的措施
放大截面 修改柱脚约束 若有摇摆柱，上端改为刚接
柱距：6m，7.5m或9m
挑檐：0.5~1m
温度区段：纵向≤300m，横向≤150m。
设置伸缩缝的方法：双柱；檩条和屋面板构造
有吊车时设置双柱，加插入距
图1.4 有吊车时的插入距
﹡檩条布置
一般等间距布置，间距由计算确定； 屋脊附近双檩（距屋脊≤200mm ）； 天沟附近布置一根以固定天沟； 考虑天窗、采光带等的具体情况。
当截面全部受压，即>0时
he1 2he 5
he2 he he1
当截面部分受拉，即<0时
he1 0.4he
he2 0.6he
1.3.3.2 刚架梁、柱构件的强度计算
(1) 工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M共同作用下的强度 当V≤0.5Vd 时
M Me
当0.5Vd ＜V≤Vd 时
2
3
4
5
6
封闭式
＋0.50 －1.40 －0.80 －0.70 ＋0.90 －0.30 ＋0.25 －1.00 －0.65 －0.55 ＋0.65 －0.15
部分封闭式 ＋0.10 －1.80 －1.20 －1.10 ＋1.00 －0.20 －0.15 －1.40 －1.05 －0.95 ＋0.75 －0.05
z——风荷载高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》的规定采用；
当高度小于10m时，应按10m高度处的数值采用；
s——风荷载体型系数，考虑内、外风压最大值的组合，含阵风系数。
其中 风载体型系数按美国MBMA手册的规定采用。
表 1 刚架的风荷载体型系数
建筑 类型
分
端
区
区 中间区
1E 2E 3E 4E 5E 6E 1
撑数量可减少，且多用张紧的圆钢
※梁柱多用变截面，省材
梁、柱腹板利用屈曲后强度
塑性设计不再适用（多个塑性铰 ）
摇摆柱
柱脚约束
应力蒙皮效应
※板件较薄
焊接板件 ≥3mm
图1.2 变截面门式刚架
冷弯构件 ≥1.5mm
压型钢板 ≥0.4mm
1.1.3 我国工程应用情况
始于20世纪60年代，屋面用瓦材。 20世纪70年代在工程上极少应用； 20世纪80年代在经济特区引进国外门式刚架轻钢房屋，压
1.3.2 刚架内力和侧移计算
内力
变截面门式刚架：弹性分析方法 全部为等截面构件时：可采用塑性分析方法设计 取单榀刚架按平面结构分析内力，一般不考虑应
力蒙皮效应，而把它当作安全储备。 计算内力时可采用有限元法（直接刚度法）。 分段等截面单元或楔形单元。 手算校核时，可将变截面构件折算为等截面构件
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》
CECS102:98 CECS102:2002
1.2 结构形式 和结构布置
1.2.1 门式刚架的结构形式
按跨度：单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的和带毗屋的形式 按屋面坡脊数：单脊单坡、单脊双坡和多脊多坡
图1.3 门式刚架形式示例（一）
常做成一个大双坡屋面，避免渗漏和堆雪 图1.3 门式刚架形式示例（二）
受弯构件的挠度限值
门式刚架斜梁竖向挠度：（L为构件跨度）
仅支承压型钢板和檩条 L/180
尚有吊顶
L/240
有悬挂起重机
L/400
屋面坡度改变值：≤屋面坡度的1/3
檩条竖向挠度：
仅支承压型钢板
L/150
有吊顶
L/240
压型钢板竖向挠度：
承受活荷载或雪荷载 L/150
构件长细比要求
受压构件：主要构件[]≤180， 其它构件及支撑[]≤220；
运输单元 柱子单独一个，梁可为多个。单元内焊接，单元间可 通过端板用高强螺栓连接
吊车 悬挂吊车：起重量不大于3吨 桥式吊车：不大于20吨，轻、中级工作制
1.2.2 结构布置
﹡刚架的建筑尺寸和布置
跨度：9~36m；高度：4.5~9m（室内净空）；
柱轴线：下端中心线或柱外皮
梁轴线：最小截面中线，与上表面平行
M

Mf
Me
Mf


1


V 0.5Vd
2 1

当为双轴对称截面时
M f Af (hw t) f
(2) 工字形截面压弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N共同作用下
当V≤0.5Vd 时
M

M
N e

Me

N
We
Ae
当0.5Vd ＜V≤Vd 时
M
屋面雪荷载和积灰荷载 ：按GB50009 采用，考虑荷载 增大系数和不均匀系数。
吊车荷载：竖向和水平荷载，按GB50009采用。 地震作用：按《建筑抗震设计规范》 GB50011采用。 风荷载：按《规程》，垂直于建筑物表面的风荷载：
wk s z w0
wk——风荷载标准值（kN/m2）； w0——基本风压，按《建筑结构荷载规范》的规定值乘以1.05采用；
型钢板始见用于屋面和墙面； 20世纪90年代初外国轻钢企业进入中国大陆，带动了内资
轻钢企业的发展。中期以来，采用门式刚架轻型房屋钢结 构的工程数量越来越多，工程规模越来越大，充分展示了 这种结构的优越性。
国家标准的制订情况
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
1966年版本未颁布； TJ18-75 GBJ18-87 GB50018-2002
1.3 刚Leabharlann Baidu设计
1.3.1 荷载及荷载组合
除《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102) 有专门规定外，按《建筑结构荷载规范》(GB50009)采用 永久荷载
结构自重：按《建筑结构荷载规范》GB50009采用 悬挂荷载：按实际情况 可变荷载 屋面活荷载：对压型钢板屋面，按水平投影计，取 0.5kN/m2，常取0.3kN/m2 施工检修集中荷载（人和小工具的重力）：1kN ，按 最不利位置
当w 0.8时，
fv fv
当0.8 w 1.4时， fv [1 0.64(w 0.8)] fv
当w 1.4时，
fv (1 0.275w ) fv
w 37
hw kτ
tw 235
fy
当a hw 1时， kτ 4 5.34 (a hw )2 当a hw 1， kτ 5.34 4 (a hw )2
(3) 腹板的有效宽度(工字形截面腹板)
当腹板全部受压时, he=hw
当腹板部分受拉时，拉区全部有效，压区有效宽度为
当 0.8 时 当 0.8 1.2 时
he=hc
1
1 0.9( 0.8)
当 1.2 时
0.64 0.24( 1.2)

M
N f

M
N e

M
N f

1


V 0.5Vd
2 1

当为双轴对称截面时
M
N f

Af (hw
t)( f

N
A)
1.3.3.3 梁腹板加劲肋的配置
梁腹板应在与中柱连接处、较大集中荷截作用处和翼缘 转折处设置横向加劲肋。其间距a取hw~2 hw 。中间加劲肋的 设置应满足屈曲后强度计算要求。中间加劲肋除承受集中荷 载和翼缘转折产生的压力外，还应承受拉力场产生的压力：
控制截面的内力组合（柱顶、底、牛腿处 ，梁 端、跨中）
（1）对构件：最大压力Nmax和相应的M和V； （2）对构件：最大弯矩Mmax和相应的N和V； （3）对锚栓：最小压力Nmin和相应的M和V。
侧移计算
采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不 考虑荷载分项系数。
简化计算公式：参见CECS102
在进行刚架内力分析时，需要考虑的荷载效应组合有： ⑴ 1.2× 永久荷载＋0.9× 1.4× [积灰荷载＋max｛屋面均
布活荷载、雪荷载｝＋（风荷载＋吊车竖向荷载＋吊车 水平荷载）］； ⑵ 1.0× 永久荷载＋1.4× 风荷载 或 1.0× 永久荷载＋1.4× 0.9×( 风荷载＋吊车荷载） 组合(1)用于截面强度和构件稳定计算，(2)用于柱脚锚栓 验算。起有利作用者不加，但要注意同时发生的荷载。 ⑶ 地震作用组合，采用底部剪力法，按GB50011计算。
﹡ 墙梁布置
考虑门窗、挑檐、雨棚等的具体情况； 压型钢板墙面宜布置在柱外； 间距由计算确定。
﹡支撑和刚性系杆布置 布置原则：
温度区段 柱间支撑与屋面横向支撑同时设置
位置、间距(30～45;60)
高度大时分层设，跨度大时内柱设 刚架转折处 支撑交叉点
支撑形式：
十字交叉圆钢支撑，夹角30°-60°型钢支撑
的面积。
1.3.3.4 变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算
计算公式为：
N0
mx M1
f
x Ae0
(1
N0 N E x0
x
)We1
m取1.0 x按毛截面计算
NEx0

2 EAe0
1.1 2
当柱的最大弯矩不出现在大头时，M1和We1分别取最
大弯矩和该弯矩所在截面的有效截面模量。
门式刚架结构设计
济南大学 土木建筑学院
1.1 概述
1.1.1 单层门式刚架的组成
• 主承重骨架 • 檩条、墙梁 • 屋面、墙面 • 支撑
柱距
1.1.2 单层门式刚架结构的特点
质量轻 一般10-30kg/m2，基础费用低。地震反应小，注意风吸力 工业化程度高，施工周期短 主要构件工厂制作，现场高强螺栓安装 综合经济效益高 柱网布置比较灵活 门式刚架整体性可以依靠檩条、墙梁和隅撑来保证，支
注：① 表中正号(压力)表示风力由外朝向表面，负号(吸力)表示风力自表面向外离开，下同；
(a)
(b)
图图1.55 刚刚架架的 风的荷风载载体 型体系型数系分 区 数分区
(a) 双坡刚架；(b) 单坡刚架
荷载效应组合: 应符合以下原则 ⑴ 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中 的较大值； ⑵ 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； ⑶ 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外 的其它荷载同时考虑； ⑷ 多台吊车的组合应符合GB50009的规定； ⑸ 风荷载不与地震作用同时考虑。
单脊双坡多跨刚架
无桥式吊车：中柱多为摇摆柱
有桥式吊车：中柱宜两端刚接
摇摆柱
截面形式
无桥式吊车：梁、柱可采用变截面或等截面的实腹焊接 工字形截面或轧制H形截面
有桥式吊车：柱宜采用等截面形式 柱脚形式
变截面门式刚架
无桥式吊车：多按铰接支承设计，通常为平板支座 有桥式吊车：刚接
坡度 1/20~1/8
图1.8 腹板屈曲后受力模型
Ns V 0.9hwtw cr
当0.8 w 1.25时， cr [1 0.8(w 0.8)] fv
当w 1.25时，
cr fv w2
计算长度取腹板高度hw ，按两端铰接的轴心受压构件 按GB50017计算其稳定性，考虑加紧肋及两侧各15tw 235 fy
b1 15 235
t
fy
对于梁柱的腹板:
hw 250 235
tw
fy
腹板应按规程要求计算有效宽度。
(3)
图1.6 截面尺寸
(2)腹板屈曲后强度利用
工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化
不超过60mm/m时可考虑屈曲后强度（拉力场），其抗剪 承载力设计值应按下列公式计算：
Vd hwtw fv
与GB50017差异：(1)无x；(2)弯矩放大系数也有所不同；
(3)有效截面特性。
大头截面应力较大，故弯矩项以大头截面为准；(A)小
头小，轴力小头大，所以轴力项以小头截面为准。
28.1
hw tw kσ 235
fy
图1.7 有效宽度分布
k
16
1 2 0.1121 2 1
2 1
当腹板边缘最大应力1<f时，计算时可用R1代替式fy ， R为抗力分项系数，对Q235和Q345钢，R=1.1。