轻型门式钢架结构设计关键要点研究

1、轻型门式钢架结构设计关键要点研究 摘 要：在轻型钢结构中，轻型门式刚架建筑具有施工周期短、结构自重轻、综合经济效益好等优点。随着我国经济发展，工业和民用建筑中对轻型门式刚架的需求日益增加，所以在结构的设计过程中，结构参数和结构样式的选择是结构安全和经济的关键。本文就对轻型门式钢架结构设计作简要分析论述。 关键词：轻型门式；钢架结构；设计； 0.引言 轻型门式刚架房屋钢结构是现阶段国内轻钢结构的代表，但是门式刚架结构的不合理建筑尺寸往往会导致结构用钢量的增加。目前，国内门式刚架设计一般采用试算法：初定结构的参数（门式刚架的结构布置和各种构件的截面形式），然后根据约束条件（依据设计规范：构件的强度

2、、刚度、稳定性条件）选择截面的尺寸，并通过结构计算作适当修正后，一般就可以作为最终方案，所以对门式刚架进行截面优化方面的计算分析，得出了优化结构用钢量及截面尺寸的关系，并根据分析结果提出了合理优化设计的建议有重要的意义。本文结合门式钢架结构的基本特点，对轻型门式钢架结构设计展开深入探讨。 1.结构特点 （1）质量轻 围护结构由压型钢板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等轻质材料组成，恒载相对小，基础比较小，整体结构自重轻。 （2）工业化程度高 施工周期短，主要构件和配件均为工厂制作，构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，工地安装方便。除基础施工外，基本没有湿作业，现场施工人员配置很少，劳动强度轻。 （3）柱

3、网布置灵活 柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定，空间布置灵活，可广泛用于大中小跨度、工业民用建筑。 2.结构设计 2.1柱网布置的确定 轻钢厂房结构设计中首先要配合工艺要求进行柱网的平面布置。在尽可能满足生产工艺和使用功能上，根据房屋的高度确定合理的跨度。通过大量计算发现，对门式刚架设计过程中柱网布置得出以下结论。 （1）当檐高6m、柱距为7.5m，荷载情况完全一致下，跨度在1830m之间的刚架单位用钢量（q235b）为1828kg/m2，当跨度在2148m之间的刚架单位用钢量为2540kg/m2，当檐高为12m、跨度超过48m时宜采用多跨刚架（中间设置摇摆

4、柱），其用钢量较单跨刚架节约18%左右，因此设计门式刚架时应根据具体要求选择较为经济的跨度，不宜盲目追求大跨度。当刚架跨度较小时，刚架用钢量甚至占总用钢量的50%以上，而其它各单用钢量，特别是墙架梁、柱间支撑、屋面支撑，其用钢量所占比例较小，因此，在设计门式刚架时应精确设计，合理使用。 （2）随着柱距增大，其它各部分结构的用钢量均随柱距的增加而增加，特别是吊车梁，由于柱距较大，须采用格构形式，其用钢量所占比例较大，并最终超过了刚架的用钢量。其次是檩条，由于长细比的要求，用钢量增加也较快。 2.2门式刚架荷载取值 门式刚架房屋上作用的荷载一般有：竖向荷载（结构自重、雪荷载、积灰荷载等）和水平荷载

5、（风荷载、吊车刹车力），还有地震荷载（水平和竖向）。荷载应根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（cecs102：2002）、建筑结构荷载规范（gb50009-2012）及建筑抗震设计规范（gb50011-2010）国家规范规定作相应的取值。 2.3刚架内力和侧移计算方法 （1）内力计算方法：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）编制程序上机计算。地震作用的效应可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

6、顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。 （2）侧移计算方法：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要求，需采用下列措施进行调整：放大柱或梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚。 2.4檩条、拉条和撑杆设计 （1）檩条属于双向受弯构件，在进行内力分析时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。设计时，应对檩条进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。檩条设计时，要考虑檩应为冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱。同时强度计算要用净断面，要考虑钉孔减弱。这种减弱，一般达

7、到615%，对小截面窄翼缘的梁影响较大。刚架整体分析采用的是全截面，如果强度计算不用净截面，实际应力将高于计算值。檩条设计时，应考虑檩条不仅仅是支撑屋面板或悬挂墙面板的构件，而且也是刚架梁柱隅撑设置的支撑体，设置一定数量的隅撑可减少刚架平面外的计算长度，有效的保证了刚架的平面外整体稳定性。 （2）拉条的设置与是否主要和檩条的侧向刚度有关，对于侧向刚度较大的轻型h型钢和空间桁架式檩条一般可不设拉条。对于侧向刚度较差的实腹时和平面桁架式檩条，为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，保证整体稳定性，一般需在檩条间设置拉条，作为侧向支撑点。当檩条跨度4m时，可计算要求确定是否需要设置拉条；当屋面

8、坡度i1/10，檩条跨度4时，宜在檩条的跨中位置设置一道拉条；当跨度6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑竿，在檐口处还应设置斜拉条和撑杆。拉条的直径为812mm，根据荷载和檩距大小选用。 2.5屋面支撑和柱间支撑设计 （1）屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比选择。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、房屋较高且风压较大时，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。 （2）柱间支撑，对厂房来说，分为

9、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，较大时应采用角钢或槽钢。为了提高厂房纵向刚度，当吊车较大时，应交叉斜杆应按拉杆设计。 3.小结 门式刚架轻型钢结构房屋行业的飞速发展，尤其在沿海地区，新建工厂的增长促使轻型钢结构房屋加工安装的厂家如雨后春笋般的发展起来，门式刚架轻型钢结构房屋的制作安装质量也逐步提高，建筑造型也越来越美观新颖。门式刚架轻型钢结构是一项最有发展前途的结构型式，门式刚架轻型房屋在各行各业各种类型的厂房仓库、商店、体育馆、展览馆等各个领域都得到非常广泛的应用，说明其未来发展的美好前景。 参考文献 1付慧琼. 轻型门式钢架结构高强度螺栓端板连接承载性能研究