建筑结构丨门式刚架结构体系的基本描述及设计要点

一、门钢结构体系基本情况

门式刚架轻钢结构主要是指单跨或多跨实腹门式刚架，具有轻型屋面、轻型外墙，可配备A1至A5工作级别桥式起重机的承重结构。或起重能力不超过20t的起重机。 单层钢结构房屋，配有3吨吊车。

轻型门式刚架结构体系中，屋面宜采用型钢屋面板和冷弯薄壁钢檩条，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型钢檩条。 薄壁钢墙梁还可采用砌体外墙或下部砌体、上部轻质材料外墙。 主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘的面外稳定性由与檩条或墙梁连接的角撑保证。 主框架之间的交叉支撑可采用角钢或张拉圆钢。

单层门式刚架轻型房屋可采用保温卷材作屋面保温和保温层，也可采用带保温层的板材作屋面。 门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜为1/8～1/20。降雨较多的地区宜取较大值。

门式刚架尺寸应符合下列规定：

(1)门式刚架的跨度宜为横架柱轴线间的距离。

(2)门式刚架的高度宜取地面至柱轴线与斜梁轴线交点的高度。 门式刚架的高度应根据使用所需的室内净高确定。 配备起重机的厂房应根据轨顶标高和起重机净高要求确定。

(3)立柱的轴线可以是通过立柱下端(小端)中心的垂直轴线。 工业建筑边柱的定位轴线宜从柱外皮取。 斜梁的轴线可以是穿过变截面梁段的最小端的中心并平行于斜梁的上表面的轴线。

（4）门式刚架灯房的建筑尺寸：檐口高度应取地面至房屋外侧檩条下缘的高度； 最大高度应取地面至屋顶檩条上缘的高度； 宽度应取房屋侧墙梁外皮之间的距离； 长度应取两端山墙墙梁外皮间的距离。

(5)门式刚架单跨跨度宜为12～48m，以3m为模数。 当侧柱宽度不等时，其外侧应对齐。

(6)门式刚架高度宜为4.5～9.0m，必要时可适当增加。 有桥式起重机时，不宜大于12m。

(7)门式刚架的间距，即柱网轴线之间的纵向距离宜为6m。 也可以是7.5m或9m，最大可用12m。 当跨度较小时，可采用4.5m。

(8)悬伸长度可根据使用要求确定，宜为0.5～1.2m。 上翼缘的坡度应与斜梁的坡度相同。 门式刚架形式分为单跨双坡、双跨单坡、连跨双坡、悬挑连栋刚架等。 多跨刚架中柱与刚架斜梁的连接可采用铰接。 多跨刚架宜采用双坡或单坡屋面。 必要时也可采用由多个双坡单跨连接的多跨刚架。

单层轻型门式刚架结构是指由轻质焊接H型钢（等截面或变截面）、热轧H型钢（等截面）或冷弯薄壁构件组成的实心腹板门式刚架或框架。钢。 采用格构门式刚架作为主要承重框架，采用冷弯薄壁型钢（槽钢、Z型钢等）作为檩条、墙梁； 屋顶和墙壁采用压型金属板（压型钢板、压型铝板）。 表面; 采用聚苯乙烯泡沫、硬质聚氨酯泡沫、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温材料并适当设置支撑的轻质房屋结构体系。

目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱多采用焊接H变形截面构件。 单跨框架的梁柱节点采用刚性连接。 对于多跨，大多数采用刚性连接和铰接。 柱脚可与基础连接。 刚性或铰接式； 围护结构多采用压型钢板； 保温材料多采用玻璃棉。

2.设计要点

(1)由于门式刚架结构构件的弯曲刚度和扭转刚度较小，结构整体刚度较弱，设计时应考虑运输和安装过程中采取必要的防止弯曲和扭转的措施的组件。 形变。

(2)注意支撑系统和角撑的布置，以及屋面板、墙面板与构件的连接结构，使其参与结构的整体工作。

(3)组成构件的杆件较细，设计时应考虑生产、安装、运输的要求。

(4)设计时应充分考虑腐蚀对结构构件截面弱化的影响。

(5)门式刚架的梁、柱多采用变截面构件。 设计时考虑梁、柱腹板屈曲后的强度，不再适用塑性设计。

(6)设计时必须重视并正确处理轻量化的后果。 例如，风力可以逆转轻质屋顶的负载。

支撑结构设计需要顶板支撑：

1) 门式刚架的屋盖支撑应由拉杆和斜梁组成几何恒定的桁架系统。

2）房屋各温度区或分期施工区应设置独立的空间稳定结构支撑系统。

3）立柱间距越大，起重机的起重能力越大，工作级别越高，支撑刚度应越大。

4）地震区应适当增加支撑，加强节点结构。

5）顶板支座一般采用十字支座形式，仅按轴拉杆设计，不考虑压杆的工作。 在非地震地区，可考虑使用圆钢型材作为支撑。 此时，由于圆钢端部设有特殊的张紧装置，因此其长细比不需要控制。 在地震区或风荷载较大时，一般采用型钢作为支撑。 支撑一般按长细比控制。 当载荷较大时，应根据内力验算材料强度。

6）拉杆一般设计为压杆，常用截面为圆管截面。

列间支撑：

1）厂房各开间的各柱均应设有柱间支撑，边柱与中心柱宜在同一开间内。

2）有起重机时，柱间支撑宜在牛腿上方和下方设置上柱支撑和下柱支撑。

3）当抗震设防烈度为8度或有桥式起重机时，厂房单元两端开间宜设置上柱支撑。

4）厂房内各柱顶及屋脊应设置全长水平拉杆。

5）柱间支撑形式主要有十字形、人字形和门形。 十字形支架直接传递力，结构简单，节省材料，刚度高。 这是一种被广泛使用的形式； 人字形和门形主要用于柱距较大或因建筑功能限制而无法使用交叉支撑的场合。 。

6）十字形支撑的设计一般只根据受拉杆进行设计，不考虑压杆的工作。 布局时，倾斜角度一般考虑为35～55度。

7）当立柱截面高度小于800mm时，一般沿立柱中心线安装单体支撑。 其断面形状多为单根角钢组成的T形断面或两根槽钢组成的工字形断面。 有起重机时，一般采用双片支撑。

8）通过计算可确定柱间支撑的截面尺寸，并可验算其长细比。 对于载荷不大的情况，一般控制长细比。

9）山墙风荷载由独立温区所有柱间支撑承担。 计算时，可按柱柱计算钢结构焊口，然后均匀分布到各柱间支撑上。 分层时可以单独计算。

10）起重机纵向制动力由下立柱间支撑承受。按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第6.1.2条第1款

11) 纵向地震作用计算可按柱法进行，计算以两个质点为基础。

12）纵向地震作用不与山墙风荷载和起重机纵向制动力同时组合。

3、结构形式及结构布置

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。 按屋顶坡脊的数量可分为单脊单坡、单脊双坡、

许多山脊和斜坡。 屋面坡度宜为1/20～1/8。无桥吊的房屋，刚架柱不特殊时，采用单脊、双坡、多跨刚架。

当高度较高、风荷载不是很大时，根据“材料集中利用原则”，中心柱宜采用两端铰接的摆柱方案。门式

刚架柱脚多设计为铰接。 用于5吨以上桥式起重机的工业厂房时，柱脚宜设计为刚性接头。

3.2 结构布局

3.2.1 刚架的建筑尺寸和布置。

门式刚架跨度宜为12～48m。 当柱宽不同时，其外侧应对齐。高度应根据使用所需的室内净高而定

好的，应该是4.5~9m。 纵向温度段小于300m，横向温度段小于150m（有计算依据时，温度段可适当放大）。

3.2.2 檩条、墙梁的布置

檩条的间距应通过计算确定，综合考虑天窗、通风脊、采光条、屋面材料、檩条规格等因素。一般宜等间距布置，但在屋脊处应设置一根。沿屋脊两侧布置，靠近天沟宜布置一处。 一起。 侧墙梁的布置应考虑门、窗、悬挑、雨篷等构件的设置和围护材料的要求。

3.2.3 支撑和刚性拉杆的布置

(1)在各温度段或分期建设的段内，应设置能独立形成空间稳定结构的支撑系统。

（2）设有柱支撑的开间，应同时设置屋面侧向支撑，形成几何不变系统。

(3) 端部支架应位于温度段末端的第一或第二隔间。 柱间距应根据房屋纵向受力和安装条件确定。 一般为30～45m，有起重机时不宜大于60m。

(4)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，内柱内宜适当设置支撑。

(5) 当端部支撑位于端部第二开间时，应在第一开间相应位置设置刚性拉杆。

（6）刚架转折处（多跨刚架的边柱顶、屋脊、中心柱顶）宜沿房屋全长设置刚性拉杆。

(7) 对于由支撑斜杆组成的水平桁架，直腹杆宜视为刚性拉杆。

(8)刚性拉杆也可用作檩条。 此时，檩条应满足受弯构件的承载能力和刚度要求。 若不满足要求，可在刚架斜梁之间设置钢管、H型钢或其他截面杆件。

(9)当房屋内有不小于5t的起重机时，柱间支撑宜采用型钢； 当房屋内不允许柱间支撑时，宜设置纵向刚架。

4.荷载和荷载组合

4.1 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，如屋顶、檩条、支撑、吊顶、墙体构件和刚架等。

4.2 可变负载

变动荷载包括屋面活荷载（屋面板和檩条设计时应考虑施工和维护集中荷载，标准值为1kN）、屋面雪荷载和灰尘荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。

4.3 荷载组合

荷载组合一般应符合《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2012的规定。 针对门式刚架的特点，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015给出了以下组合原则：

(1)屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大者。

(2) 粉尘荷载应与雪荷载或屋顶均布活荷载中的较大值一起考虑。

(3)施工或维修的集中荷载不应与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑。

(4)多台起重机的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》的规定。

(5)需要考虑地震作用时，不同时考虑风荷载和地震作用。

5.控制指标

5.1 组件控制指标

门式刚架构件验证的最大特点是考虑腹板屈曲后的强度，可以充分发挥材料的性能。

强度应力比：大于上限，则不足； 如果小于下限，则说明太大。

稳定应力比：大于上限则不足； 如果小于下限，则说明太大。

剪应力比：大于上限则不足； 如果小于下限钢结构焊口，则说明太大。

局部稳定性：翼缘伸长需为15°，腹板有效截面须为250°。承压构件长细比：不满足大于180

5.2 总体控制指标

结构柱顶水平位移：按规范表3.3.1规定限值，无吊车时大于1/60，不足； 如果有厂房没有操作室起重机，则大于1/180，不足； 如果有厂房，有手术室起重机，则大于1/180。 /400 不够。 受弯构件的挠度与其跨度之比：不应大于规范表3.3.2规定的限值。 由于柱顶位移和构件挠度引起的屋面坡度变化不应大于坡度设计值的1/3。