1、1单层轻型门式刚架结构设计摘要:结合工程设计实践,总结了单层轻型门式刚架结构房屋设计时的一些要点,主要从结构方案、结构计算和结构构造等几方面进行分析,以期为工程设计提供一些指导。 关键词:轻型门式刚架结构；设计；计算 中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号： 1、引言 所谓单层轻型门式刚架结构，是指以轻型焊接 H 型钢、热轧 H 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，用冷弯薄壁型钢做檩条、墙梁，以压型金属板做屋面、墙面，采用聚苯乙烯泡沫塑料、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。其主要特点有：柱网布置比较灵活；跨度大；刚架可采用变截
2、面；自重轻，用钢量低；结构构件可全部在工厂制作。目前，单层轻型门式刚架轻钢结构被广泛应用于厂房结构中。本人通过一定的工程设计实践以及资料论文的学习，总结了门式刚架厂房设计的一些设计要点，供大家参考。 2、工程概况 本工程采用单层轻型门式刚架结构形式，平面尺寸长宽11424m，柱距 6m，跨度 12m2，屋面坡度 1:15，钢斜梁底标高6.900m，内设 5t 中级吊车两台，轨顶标高 5.0m，屋面采用轻钢屋面(C2型檩条及压型钢板)，围护结构为(C 型檩条及压型钢板)轻质墙，吊车梁为焊接工字钢吊车梁。柱间支撑设在中，间跨和两端跨，屋面支撑和柱问支撑设在同一跨。边柱柱脚按铰接设计，中柱采用两端铰
3、接的摇摆柱方案。 3、结构形式和结构布置 3.1 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 12018。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋时，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。 3.2 结构布置 3.1.1 刚架的建筑尺寸和布置。门式刚架的跨度宜为 936m，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.
4、59m。门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度荷载条件及使用要求等因素，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)。 3.1.2 檩条和墙梁的布置。檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。侧墙墙梁的布置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设置和围护材料的要求3确定。 3.1.3 支撑和刚性系杆的布置。门式刚架的柱问支撑是保证结构纵向传力及刚度不可缺的构件，轻型钢结构建筑物沿宽度方向的横向稳定性，是通过设计适
5、当刚度的刚架来抵抗所承受到的横向荷载而保证的，由于建筑物在长度方向的纵向结构刚度较弱，于是需要沿建筑物的纵向设置支撑以保证其纵向稳定性。支撑系统的主要目的是把施加在建筑物纵向上的风、起重机、地震等荷载从其作用点传到柱基础最后传到地基，轻型钢结构的标准支撑系统有十字交叉支撑、门型支撑和 K 型撑等，具体设置要求如下： (1)在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。 (2)在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。 (3)端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱问支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取 3045m
6、，有吊车时不宜大于 60m。 (4)当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；当房屋宽度大于 60m时，内柱列宜适当设置支撑。 (5)当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开问的相应位置应设置刚性系杆。 (6)在刚架的转折处(边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶)应沿房屋全长设置刚性系杆。 4(7)由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。 (8)刚性系杆可由檩条兼做，此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚度要求，当不满足时可在刚架斜梁间设置钢管或其他截面形式的杆件。 (9)当房屋内设有不小于 5t 的吊车时，柱间支撑宜用型钢；当房屋中不允许设置柱间支撑时，应设置纵向刚架。 4、门式刚架设
7、计 4.1 荷载的选取 4.1.1 恒载。恒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。 4.1.2 活载。活载包括屋面活荷载、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取 0.5KNm2。对受荷水平投影面积大于 60m2 刚架构件，屋面坚向均布活荷载的标准值可取03KNm2；但屋面结构，包括屋面板和檩条，其活荷载要提高到0.5KNm2。为方便厂房的日后扩建，本工程计算时只取单榀刚架按中间跨设计，恒载取 0.3KNm2、活载取 0.3KNm2，不考
8、虑积灰荷载。 4.2 刚架计算 4.2.1 内力计算。门式刚架属平面受力体系，其内力一般取单榀刚架按平面计算，刚架梁、柱的内力本工程采用 STS 专用计算软件电算。对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法(直接刚度法)计算；地震作用的效应可5采用底部剪力法分析确定。根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等弯矩较大处的截面。 4.2.2 侧移计算。变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标
9、准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足规程中刚架柱顶位移限值时，需采用下列措施之一进行调整：放大柱或(和)梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚；把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。 5、基础设计 钢结构厂房的柱脚形式可分为铰接柱脚和刚接柱脚两种，对于铰接柱脚，基础仅受轴心荷载作用。对于有吊车的工业厂房结构通常采用刚接柱脚，该柱脚形式可以提高厂房的整体刚度，从而减少侧移，但基础一般作用有较大的弯矩，由于自重轻，水平荷载与竖向荷载比值较大，在风荷载和吊车的共同作用下，厂房边列柱柱底荷载偏心距较大，一般在 1.Om 左右，有时甚至更大，按常规的单独基础设计基础将会很大，这在
10、实际工程中是难以接受的，鉴于以上这种情况可以采用：增加基础压重；偏心基础；桩基础方法加以解决。本工程基础采用铰接柱脚独立基础形式。 综上所述，轻型门式刚架结构设计应遵守以下原则：(1)保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构，它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系，结构只有组成空间稳定整体，才能承担各种荷载和其他外在效应。(2)明确各类外力从作用点到基础的传递路径和6传递全过程中产生的效应。(3)设计必须体现计算和构造的一致性。 参考文献 1 蔡婷.展望钢结构住宅的发展趋势明建筑技术开发，2003，30(12) 2 GB50009-2002建筑结构荷栽设计规范s 3 CECS102：98门式刚架轻型房屋钢结构技术规程s 4 GB500172003钢结构设计规范S
