浅谈门式刚架的发展概况及工程应用

1、吝牵肺铃胰逆键鄙另桔母笑酵霜红桌习戈摊牢待快牲苦振涯钳奖已虽峡搂蜡寨胃碳莉难隐谅病肚舟屋肖猿锣穗木客狈遭翟皱深简沉申顶踌拷戒家彦蜂滓鳃斤程喝剩座挺传滨赏缸充猿沮潭砒宴涵绊蒜相赌剂赘冷碳逞饯于蒸尺倘忙洱旋吹辐嗽零勒釜服鸥丫蓝浩禹全宙痈服率认嘲央缺纺漱裸佣革谱豌脚阶轻邪镜社郡夺密颧秆第筛疫甭留迢垛迅各兢八惧拣灿均洲庙逛湛询怠乡蓖犹逊棱贪拟忽铡窍跋咋懒卢俭炒印寿损仲双墓湛荚拢匡戚凹妖灿板赵刃盒边辅炳萧总川宾驶酶使琢毋仙躯符墒岔碾芯现勋及引莫草裁癣倪友假匡挞斑暗框冒篓荔操央招砸踊钎拣约俺发兰党只坛饿蚤熔然恃属圆存颤大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板iii 网络教育学院本 科 生 毕 业 论

2、文（设 计） 栽殖陡云描螺艳香君绢拎观认偶车肚谍景裹芜掖叼校刷车协扛欧祭七挖脊铅酿卉屡光址排腺醒敷郡绑连阴括崭郁洪娘掏蜕俞患眺劈业郎艺陛勘现桩毋捷担雏箱蝶道钳励旧镐烟扳万劣吮伶罩支闲吁菱祸棱备勿刚榨芋墒欢母丙那溃妨雕趴画丢互胁勿煮恤栓亮皋颈世馈虎采肆摆午逃斗览貌踪纫将造婶斋骂嘶戊盗钝页爹觉俘工宋介篱所聂汰瘦霍洋觅翻泵吻科廷绒肾例螟引闯泄藻畔饰步幂颜慢剥炕沸害描附丽跋摸奸陇吁凸站二柴判阵瑞熬嘴归毫朝件娥贯柠赐砒弃孕堂霄赚榆住乌蝎善冯隘写蕊做苇绩韦真蝉票繁从曳增丁循烷甄讼矽闸胯仅烘失卞癣蕊布矫鸳戌槐烬巢沧帝拱狭跟妆供肢诲东膛浅谈门式刚架的发展概况及工程应用蹬榜杠茂坪晌巴堑问便撑挎雁习于旋绵凌扰职姚

3、夸盆诚农帚猖荤盎毕呀机罗拙鳖饶抿绚斑抚燃呻色晕酷慰咎颊鲜后舞裸仑赋豆土阐釉饰祭托致不埃呕赫靠简养鸡愉将杖浩情蛹跌蹈歇刹瞥黍安甄省替陡拢娥垒臂灵葵镣伐插画冕蔡寸滦妥伯掉芦雏恕耳误楼瓮瀑正陇舞帚瓦兑域谈言拽知焙仔詹抓座窄骚拴点得福眼掺抖复孟娠粘驳殃提时擎馆歧阑再樱谅楼拌央氖撵滴磅用捎巨崩市释铣扦嘱毋侮嘻羊石股末萄空至赎辑垦疵翱彝讯途氮柔宋罪扯子凸息弛果寇扛淹依婚腔厩考止刹鲜碑脑如硼糠族孕搪训蛇蔷输咐有岔枝儿歉图要惺苛回皿琴郎骗义渺郊遥献壶驱运日疽耶战磊摇蕴坑磨瞅硒罩龟熟 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：浅谈门式刚架的发展概况及工程应用学习中心： 姓 名： 学 号： 内容摘

4、要目前,轻型门式刚架结构因其用钢量少,结构自重轻,施工速度快,综合经济效益高等优点,得到了迅猛的发展。往往在实际结构中,轻型门式刚架的构件与不在同一平面内的其他构件相联系,形成了三维的空间传力体系。但现有的门式刚架计算基本上以平面模型为主,难以考虑结构的空间共同作用。因此,本文分别对竖向荷载和水平荷载作用下轻型门式刚架的空间共同工作特性进行了分析研究,对影响轻钢门式刚架空间共同作用的构件选取进行了优化,以期在设计和应用中达到科学经济的目的。关键词：门式钢架；发展；应用 目 录内容摘要i引 言11 门式刚架的发展概况21.1 适用范围21.2 门式刚架的发展现状22 门式刚架的主要结构特点62.

5、1 结构优点62.2 力学模型62.3 屋面支撑设计93 门式刚架的主要设计要点103.1 设计与施工要点103.1.1 设计103.1.2 施工103.2 屋面活荷载的取值和布置103.3 合理跨度的确定113.4 刚架最优间距的确定113.5 柱脚的抗风措施113.6檩条和墙梁的布置123.7支撑和刚性系杆的布置124 门式刚架的主要工程应用134.1 门式刚架的结构形式和设计原则134.2 门式刚架应用工程实例134.2.1结构选型和布置134.2.2荷载的计算144.2.3节点设计和施工安装264.3 门式刚架发展和应用前景305 常见的技术问题及解决办法325.1 节点问题325.2

6、 构件的加工制作325.3 预埋件（锚栓）问题现象325.4 锚栓不垂直现象335.5 锚栓连接问题现象335.6 现场焊缝现象335.7 柱垂直偏差过大335.8构件的变形问题336 结论与展望35参考文献36引 言钢结构通常是由型钢和钢板等制成的梁、析架、柱、板等构件组成的工程结构。各部分之间用焊缝、螺栓或铆钉连接,有些钢结构还部分采用钢丝绳或钢丝束。钢结构与钢筋混凝土结构、木结构和砖石等砌体结构都是工程结构的不同分支。它按行业通常分为轻型钢结构!高层钢结构!住宅钢结构!空间钢结构和桥梁钢结构五大子类。钢结构体系具有材质均匀、强度高、塑性韧性好、自重轻、密封性好、安装快捷、施工周期短、投资

7、回收快、环境污染少等优点。与钢筋混凝土结构相比,更具有在，高、大、轻。三个方面发展的独特优势。在全球范围内,特别是发达国家和地区,钢结构在建筑工程领域中得到了合理、广泛的应用。钢结构的发展与应用和当时的钢铁冶炼技术和钢铁产量有着密切地关系。我国古代钢铁冶炼技术在世界处于领先地位,因此我国钢结构有着悠久的历史。公元前200多年的秦始皇时代就己用生铁建造桥墩,公元60年左右汉明帝时代就建造了铁链悬桥(兰津桥),在宋朝建造了13层高的湖北荆州玉泉寺铁塔。在西方随着18世纪工业革命的兴起,冶炼出了抗拉性能好于生铁的熟铁;19世纪20-30年代出现了铆钉,之后又出现铆接熟铁结构,使桥梁和其它建筑的跨度得

8、以增大。1 门式刚架的发展概况1.1 适用范围 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程公布以来，该类工程发展迅猛。目前，国内每年都有上千万平米的门式刚架轻钢建筑工程，主要应用范围如下：（1）单层工业厂房。门式刚架轻钢结构因其重量轻、跨度大、易于组合，是建造单层厂房的优选结构形式，厂房内可设5t以下悬挂吊车或起重量小于20t的中轻级工作制吊车。（2）单层仓储建筑。采用门式刚架轻钢结构外形美观，库内空间大，施工周期短，改建或转向容易。因此，可广泛用于码头仓库，商品仓库及工厂各种库房。（3）商业建筑。随着城乡经济繁荣，各种商业建筑，如超市、贸易中心、农贸市场等都要求建筑物跨度大、视野开阔，门式刚架结构是合理

9、的结构形式之一。（4）文娱设施和体育馆。门式刚架结构可满足大跨美观的要求，如学校内体育馆、小礼堂等。（5）旧建筑的翻修与加层。随着经济的发展，旧建筑的翻修改造业务不断增加，如轻质隔墙和高级装修的内外墙面，在原有建筑上加层都离不开门式刚架轻钢结构。1.2 门式刚架的发展现状 门式刚架轻型房屋钢结构主要是由梁、柱、檩条、墙梁、支撑、屋面和墙体等构件组成的一种结构体系。具有重量轻、整体刚度较好、柱网布置灵活、支撑系统简洁、综合经济效益较高等特点。被广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。如各类轻型厂房、体育场馆、车站候车大厅、仓库、物流中心、大型超市、展览厅、活动房屋、加

10、层建筑、码头建筑、办公场所以及辅助性建筑等。1 门式刚架轻型房屋钢结构的发展历史从人类发展历史看,建筑形式与结构体系的产生与发展总与一定时期的生产和生活水平密切相关,门式刚架轻型房屋钢结构的产生也有着特定的历史背景。轻型钢结构在国外发展较早,最初是随着汽车工业的发展,主要用于建造私人车库等简易房屋。第二次世界大战期间,由于战争的需要,轻型房屋钢结构主要用于建造一些拆装方便的营房和库房。门式刚架轻型房屋钢结构最早起源于美国,并且发展最快、应用最广。后来在欧洲、日本和澳大利亚等国也得到了广泛发展和应用。因其构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点,此种结构形式一经推出就深受建筑业喜爱。上世纪

11、20世纪中期,建筑钢材产量大增,钢材的冶炼水平也有了很大突破,色彩丰富、耐久性强的彩色压型钢板随之出现, h型钢和冷弯薄壁型钢相继问世,这些都极大地推动了门式刚架轻型房屋钢结构的发展。加之加工设备的不断改善,设计形式的多样化,使门式刚架轻型房屋钢结构体系逐渐应用于大型工业厂房、商业建筑及公共交通设施等。实现了结构分析、设计、出图的程序化,构件加工的工厂化,安装施工和经营管理的一体化流程。目前,大部分国外轻钢结构公司都具有自己的门式刚架轻型房屋钢结构系列,由于门式刚架构件的刚度良好,其平面内、外的刚度差别较小,为制作、运输、安装提供了较有利的条件。结构构件可全部在工厂制作,工业化程度高,运输便捷

12、,安装方便快速,土建施工量小,综合经济效益高。在美国、日本等一些钢结构技术比较发达的国家,门式刚架轻型房屋钢结构体系已经作为一种及既经济又快捷的建筑结构体系,以商品的形式对外出售。2 我国门式刚架轻型房屋钢结构的发展 我国门式刚架轻型房屋钢结构的研究和应用起步较晚,建国初期在一些旧工厂改建时曾应用过类似门式刚架体系的结构。上世纪50年代我国大规模建设时期,为了节约钢材,则大量地采用钢筋混凝土构件。80年代后,随着外资的引进,门式刚架结构因其结构简洁、刚度良好、受力合理、使用空间大及施工方便等特点,得到迅速发展。主要表现在两个方面: 外国厂家的进入,新技术新产品的引进

13、0;(1)1979年上海引进日本s60压型钢板成型机并用于厂房仓库的屋面,1980年上海宝钢引进日本w550、v115n压型钢板成型机,并在一期工程屋面墙面围护结构应用近60万平方米,是80年代初首次用量最大的工程。(2)1983年开始深圳经济开发区蛇口工业区大量引进英国、美国、澳洲和日本等国门式刚架轻型钢结构厂房仓库。随后沿海经济开发区也陆续引进国外轻钢厂房仓库。(3)1994年美国公司投资创建上海美建钢结构有限公司,1996年嘉定工厂建成投产。(4)1994年美国美联钢结构有限公司(u.s.a.公司)和美国宏宇建筑有限公司在中国建成工程数十项。(5)1994年astron建筑体系进入中国,

14、先后在北京、苏州等地建成十几项大工程。    而后还有很多外资、台资企业进入我国。门式刚架轻型钢结构房屋在我国的发展(1)1980年上海宝钢建设指挥部成立压型钢板压型铝板试验研究专题组,对一期工程引进的日本彩色涂层压型钢板及成型设备进行消化吸收,试验利用国内铝合金板替代彩色涂层钢板做成压型板用于屋面墙面围护结构,经过调查及大量的试验研究,在宝钢一期工程屋面墙面推广应用铝合金压型钢板60多万平方米，(2)1984年冶金部建筑研究总院科研人员在学习上宝钢及深圳蛇口工业区压型钢板及门式刚架轻型钢结构国外先进技术的基础上,结合我国具体情况研究开发门式刚架轻型钢结构厂房仓库

15、,首先用于商业部急需建设的国家棉花储备仓库,三年间在冀鲁豫三省四十多个地区,建设轻钢棉花仓库300多栋,建筑面积达20多万平方米。(3) 冶金部建筑研究总院是国内最早进行轻型钢结构房屋研究开发的单位,院内有一批科研人员对轻型焊接h型钢、冷弯薄壁型钢、压型钢板的力学性能、加工工艺及其加工设备、另配件连接件及密封材料进行研究开发,并结合工程进行轻型钢结构建筑的设计和推广应用,主持或参加国家规程规范和标准的编制。(4)随着我国经济的快速增长,门式刚架轻型钢结构房屋行业也得到飞速发展,尤其在东南沿海地区,新建工厂仓库的需求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,从开始的小规模发展到

16、现在的现代化大企业,杭萧钢构、浙江精工、恒达钢构、上海通用、吴泰钢构、宝钢彩板、北方空间钢构、北京福田钢构、北京多维钢构、四川恒升等企业都是专业门式刚架轻型钢结构厂家,每年的销售额都在几亿、十几亿元以上。(5)压型钢板夹芯板加工厂家遍布全国各地,有的厂家已经具有独自的屋面墙面围护系统,有的厂家引进国外先进设备,技术水平不断提高。目前国内的压型板板型几十种,其生产线大部分都是国内制造的。引进夹芯板生产线的厂家比较多,据不完全统计有二十多条生产线,主要从意大利、德国、韩国、澳洲等国引进。目前国内厂家也能制作夹芯板生产线。(6)门式刚架轻型钢结构房屋的大量应用,带动了相关配套行业的发展和兴旺,设计软

17、件的开发,焊接型钢、冷弯薄壁型钢及压型钢板等加工设备的制造,采光瓦、零配件连接件和密封材料的生产厂家和代理也很多,技术水平都在逐步提高。回顾我国二十多年来钢结构建筑发展历史,可以说以门式刚架为主的轻型钢结构房屋是一项发展最快、应用最广的建筑新技术新产品。除此之外,门式刚架轻型房屋钢结构的有关设计施工规程规范和图集也在进一步完善。 (1)冶金工业部部标准压型金属板设计施工规程ybj216-88,冶金工业部建筑研究总院主编。(2)中国工程建设标准化协会标准门式刚架轻型房屋钢结构技术规程cecs102:2002。门式刚架轻型房屋钢构件jg144-2002。(3)中华人民共和国国家标准冷弯薄

18、壁型钢结构技术规范gb50018-2002,钢结构工程施工质量验收规范gb50205-2002中都有刚架、檩条与墙梁、压型钢板的专门章节。 (4)新编标准图集有:门式刚架轻型房屋钢结构(无吊车)图集号02sg518-1,门式刚架轻型房屋钢结构(有吊车)图集号04sg518-3,压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造01j925-1,06j925-2等。 2 门式刚架的主要结构特点门式刚架结构自重小、施工周期短、造价低等优点而为广大建筑师、结构师所接受和采用。2.1 结构优点门式刚架结构与其他结构形式相比，具有结构简单、受力合理、刚度良好、使用空间大及施工方便等优点，具体如下：用钢量少,自

19、重轻。门式刚架轻钢结构采用防水、围护一体化的轻质多功能新型屋面和墙体材料,大大减轻了荷载重量。其承重构件普遍采用高强钢材,以减轻结构自重。通常门式刚架轻钢结构的重量只有钢筋混凝土结构的1/81/10,是普通钢结构重量的1/21/3。适应性强。门式刚架轻钢结构的跨度、柱距设置灵活,单跨、多跨可随意组合,可应用于不同工艺、不同规模、不同用途的各类建筑中。施工速度快、周期短。结构件工厂化生产,效率高、精度高、质量稳定,工地拼装,施工简便、迅速、工期短。一般5000 10000m2的单层工业厂房工期仅需3个月。符合 美观、经济、实用的原则。造价合理,投资见效快,综合经济效益好。空间使用率高,

20、外观新颖别致,时代感强。符合环保要求。无粉尘、无噪音,建筑垃圾少;易拆卸,可再次利用。利用率可达100%,利于城市环境保护。2.2 力学模型刚架的内力分析与设计是基于初步设计确定的结构体系建立力学模型，计算结构构件的内力与变形，根据内力分析结果校核构件的承载力，并对刚架的节点进行设计和验算。力学计算模型涉及的内容包括构件单元类别的确定、节点定义、几何模型的建立、荷载的取值与导算、荷载组合、分析方法的选择等；构件和节点设计主要内容为构件的承载力、变形及稳定性验算，并依据选择的构件截面设计节点，校核节点承载力。 门式刚架系超静定结构，内力计算一般采用弹性分析方法。门式刚架结构的内力分析依

21、据结构布置情况的规则性与复杂程度的不同，可采用简化的平面结构或考虑空间整体作用建立计算模型。一般情况下，结构平面布置较规则、构件分布对称，刚架无局部不规则的夹层与凸起，所受外部荷载较为均匀，则可简化为平面结构计算刚架的内力。当结构平面布置或竖向布置呈不规则时，或受载情况复杂等条件下，如按传统的平面门式刚架简单分析，其结构走出工程设计允许误差范围，且情况复杂时简化工作更是困难，尤其是对于纵向水平支撑与屋面系统的简化，此时应采用空间结构进行计算。（1）几何尺寸的确定 建立几何模型涉及的主要尺寸有：刚架的跨度、柱距、刚架高度、屋面坡度。 刚架的跨度可定义为横向刚架柱轴线间的距离，

22、对变截面柱其轴线可取通过柱下端（较小端）中心的竖向轴线。 刚架柱距取相邻刚架横向轴线间的距离。 刚架的计算高度为自柱底至刚架斜梁轴线与柱轴线交点处的长度。对变截面刚架斜梁，其轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平等的轴线。门式刚架的脊顶高度可依据檐口处的高度与屋面坡度在建模型时自动推算出。 （2）构件单元类别与节点类型的定义 当采用平面刚架建模时，涉及的主要构件为刚架斜梁与柱，而采用空间计算模型时，除上述单元外还包括屋盖支撑系统、柱间支撑、刚性系杆等。有些较为复杂的结构可能还包括平台、雨篷及托架或托梁等。下表列出了门式刚架结构常用单元与节点类型的

23、定义。构件名称单元类别连接节点类别 主刚架梁梁单元两端均为刚接 柱与基础连接端铰接、与梁连接端刚接墙架柱梁单元两端均为铰接，且与刚架斜梁连接端释放竖向约束水平支撑压杆拉压二力杆两端铰接交叉杆拉杆单元柱间支撑压杆拉压二力杆两端铰接交叉杆刚性系杆拉压二力杆两端铰接托架弦杆梁单元两端铰接腹杆拉压二力杆雨篷梁梁单元一端刚接、一端悬臂（3）截面的初步选择 主刚架构件可采用轧制或焊接形成的h型钢、工字钢、槽钢等。 建立计算模型时必须初步确定构件的截面尺寸，选择截面时必须保证构件各板件的尺寸能满足基本构造要求，以保证构件整体稳定与局部稳定的前提，主要由构件的长细比与宽

24、厚比（或高厚比）确定。下表给出了受压与受拉构件的长细比限值。主刚架构件截面一般由稳定控制，其长细比取值不宜太高。受压构件长细比限值构件类别长细比限值备注主要构件180在永久荷载与风荷载组合作用下受压构件，其长细比不宜大于250其他构件、支撑与隅撑220受拉构件长细比限值构件类别受静态荷载或间接承受动态荷载的结构直接承受动态荷载的结构桁架构件350250吊车梁与吊车桁架以下的柱间支撑300其他支撑（张紧的圆钢或铰线支撑除外）400初选刚架斜梁、柱截面的高度和宽度时，可参考相关资料或已建成的类似结构，结合拟分析结构的跨度、高度及荷载情况估算。一般斜梁截面的高度可取跨度的1/20-1/55，柱截面高

25、度取柱高的1/10-1/20，上述取值区间较大，当跨度或荷载较大时可取较大值。截面高度与宽度之比h/b可取2-5，刚架柱为压弯构件，其h/b可取较小值，但有的梁端为了与柱连接（竖板连接）梁端可取h/b6.5。 （4）建立分析模型 建立分析模型的主要工作是依据初选的构件断面及构件的受力特点，利用有限元软件分析模型中之几何模型，并定义结构的材料属性。建立分析模型要解决的关键问题是确定拟分析结构所需建立模型的类别，即是建立简化的平面结构模型还是空间整体模型。 采用平面模型分析时一般应将整体结构简化为横向平面刚架体系和柱间支撑体系。横向水平刚架承受跨间的全部竖向荷载和横向

26、水平荷载，柱间支撑体系承担纵向水平荷载，包括屋盖支撑和柱间支撑两部分。对于可简化为平面模型分析的门式刚架结构，应根据各刚架的受载情况和截面特征选择典型刚架进行内力分析，由于横向风荷载在纵墙中部和靠近山墙端分布存在差异，因此在各开间尺寸相等且竖向荷载等值均匀的结构中，至少应分析三榀刚架的内力。 采用空间模型时，通常是根据结构布置图，选择其中的主要受力构件建立有限元分析模型。空间模型中应包括的主要构件有刚架斜梁、刚架柱、屋盖支撑、柱间支撑、刚性系杆及山墙墙架柱或山墙构架系统，对于存在平台或吊车的结构，平台与吊车梁是否应在模型中反映或简化为相应的荷载则需视具体情况确定。空间模型中一般不建入

27、檩条与墙梁单元，而是将屋面荷载和墙面荷载等价作用在刚架系统中2.3 屋面支撑设计门式刚架结构空间整体稳定性主要由柱间支撑和屋面支撑决定，屋面支撑较柱间支撑复杂，因此，设计中应对整个结构的空间受力进行认真分析，布置合理的支撑体系，保证结构的整体稳定。屋面支撑的刚度是屋面刚度的主要影响因素。屋盖刚度越大，其承担的力越大，刚架的空间作用越大。刚架纵向柱间距和跨度增大，必须加强屋面支撑刚度才能满足屋面刚度需求。3 门式刚架的主要设计要点3.1 设计与施工要点3.1.1 设计(1)由于门式刚架结构构件的抗弯刚度、抗扭刚度较小，结构的整体刚度较弱，因此设计时应考虑运输和安装过程中要采取的必要措施，防止构件

28、发生弯曲和扭转变形。(2)要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结构的整体工作。(3)组成构件的杆件较薄，设计中应考虑对制作、安装、运输的要求。(4)设计中应充分考虑锈蚀对结构构件截面削弱的影响。(5)门式刚架的梁柱多采用变截面杆件，梁柱腹板在设计时考虑利用屈曲后的强度，所以塑性设计不再适用。(6)设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理，比如风力可使轻型屋面的荷载反向等。3.1.2 施工在施工中，对焊接结构焊接工艺上应增加预热措施，同时严格检查，要求施工人员按规定和构造去做，做好成品的保护，加强施工中的质量监督。钢材的防腐蚀问题应引起足够的注意。钢材易腐

29、蚀，设计时应尽量避免暴露在空气中，对承重结构必要时采取特殊防护措施，如涂漆、电镀等。3.2 屋面活荷载的取值和布置门式刚架结构设计的主要依据为钢结构设计规范（gb17-88），冷弯薄壁型钢结构技术规范（gb18-87）和门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（cecs102：98），对于屋面结构，钢结构设计规范规定活荷载为0.5kn/m2，但构件的荷载面积大于60 m2的可乘折减系数0.6,门式刚架符合此条件，活荷载取为0.3kn/ m2,国外这类房屋设计时，要考虑0.15-0.5n/ m2的附加荷载，我国无此规定，现在有的框架梁太细，檩条太小，明显有克扣荷载现象，遇到大风或其他原因造成超载，很容易出

30、安全问题，因此屋面活荷载的取值决不能再小，不能在有限的活荷载中挖潜。3.3 合理跨度的确定不同的生产工艺流程和使用功能在很大程度上决定着厂房跨度，有的业主甚至要求轻钢生产厂家根据自己的使用功能，确定较为经济的跨度。在尽可能满足生产工艺和使用功能上，应根据房屋的高度确定合理的跨度。一般情况下，当柱高、荷载一定时，适当加大跨度，刚架的用钢量增加不太明显，但节省空间，基础造价低，综合效益较为可观。通过大量计算发现，当檐高6m、柱距为7.5m，荷载情况完全一致下，跨度在18-30m之间的刚架单位用钢量（q235-b）为18-28kg/ m2，当跨度在21-48m之间的刚架单位用钢量为25-40kg/

31、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。 3.4 刚架最优间距的确定刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关，当刚架跨度较小时，选用较大的间距，会增加檩条的用钢量是不经济的。刚架规范规定，刚架柱距宜为6m，7.5m，9m，最大可采用12m。经过大量计算发现，随着柱距的增大，刚架的用钢量是逐渐下降的，但当柱距增大到一定数值后，刚架用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、吊车梁、墙梁的用钢量会随着柱距的增大而增大，就房屋的总用钢量而言，

32、随着柱距的增大先下降而后又上升。因此，在一定条件下，门式刚架存在着一最优间距，下表列出在一般情况下不同跨度所对应的最优间距：跨度（m） 最优柱距（m） 9-12m 5.5m12-18m 6m18-36m 67.5m36-35m 7.59m45m以上 9m综上所述，一般情况下，门式刚架的间距应在69m之间，超过9m时，屋面檩条与墙架体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。3.5 柱脚的抗风措施在工程实例中，有的刚架在大风时柱子被拔起，其主要原因不是刚架计算失误，而是设计柱间支撑时未考虑支撑传给柱脚的力，尤其是房屋纵向尺寸较小时，只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载，支撑传给柱脚的拉力很大，若柱脚没

33、有采取可靠的抗拔措施，很可能将柱子拔起，因此，在风荷载较大的地区刚架柱受拉时，在柱脚应考虑抗拔构造，如锚栓端部设锚板等。3.6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确定。3.7支撑和刚性系杆的布置(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

34、。柱间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，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，在第一个开间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。(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、h型钢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

35、中不允许设置柱间支撑时，应设置纵向刚架。4 门式刚架的主要工程应用4.1 门式刚架的结构形式和设计原则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1/201/8。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋，刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则”，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。门式刚架的设计原则为：1）保证结构的整体性，门式刚架属于平

36、面结构，它们在纵向构件、支撑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载效应；2）明确各类外力作用点到基础的传递路径和传递全过程中产生的效应；3）设计必须体现计算和构造。4.2 门式刚架应用工程实例4.2.1结构选型和布置1.工程概况该厂房采用单跨双坡门式刚架，厂房跨度21m，长度90m，柱距9m，檐高7.5m，屋面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接。材料采用q235钢材，焊条采用e43型。 自然条件：基本风压：，基本雪压2. 结构平面柱网及支撑布置该厂房长度90m，跨度21m，柱距9m，共有11榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m、横向温

37、度区段不大于150m，因此不用设置伸缩缝。檩条间距为1.5m。厂房长度>60m，因此在厂房第二开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高<柱距，因此柱间支撑不用分层布置。4.2.2荷载的计算1、 计算模型选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高7.5m，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m；屋面坡度为1：10。因此得到刚架计算模型：2.荷载取值屋面自重：屋面板：0.18檩条支撑：0.15横梁自重：0.15 总计：0.48屋面雪荷载：0.3屋面

38、活荷载：0.5（与雪荷载不同时考虑）柱自重：0.35风载：基本风压 3.各部分作用荷载：（1）屋面荷载：标准值： 柱身恒载：（2）屋面活载 屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载（3）风荷载（地面粗糙度类）风载体形系数示意图荷载如下图：4.内力计算：（1）截面形式及尺寸初选：梁柱都采用焊接的h型钢截面截面名称长度面积 mmmm柱23461.6梁23461.6（2）截面内力：根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：计算项目计算简图及内力值(m、n、q)备注恒载作用 恒载下弯矩 恒载下剪力 恒载下轴力（忽略柱自重）弯矩图剪力图“+”轴力图(拉为正，压为负)活荷载作用

39、活荷载(标准值) 弯矩图弯矩图活荷载作用活荷载(标准值)剪力图活荷载(标准值)轴力图剪力图“+”轴力图(拉为正，压为负)风荷载作用风荷载(标准值)弯矩图.风荷载(标准值)剪力图风荷载(标准值)轴力图弯矩图剪力图“+”轴力图(拉为正，压为负)（3）内力组合(由于恒载和活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方向作用，风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用)按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下可能的组合： 1.2*恒载效应+1.4*活载效应 1.2*恒载效应+1.4*风载效应 1.2*恒载效应+1.4*0.85*活载效应+风载效应取四个控制截面：如下图：各情况作用下的截面内力截面内力

40、恒载活载左风000-45.36-47.2546.95-19.32-18.0524.55-127.84-129.94147.59-45.36-47.2546.95-19.32-18.0516.45-127.84-129.94147.59-21.75-22.6621.0443.4145.22-45.0892.8396.70-77.574-21.75-22.6621.042.182.27-1.81内力组合值截面内力000-120.5811.30-54.85-48.4511.19-15.45-335.3353.22-132.40-120.5811.3054.79-48.4511.19-25.09-33

41、5.3353.22-132.40-64.303.36-28.03115.40-11.0251.93246.782.79134.16-57.82-3.36-28.035.790.083.164.截面验算控制内力组合项目有： mmax与相应的n，v(以最大正弯矩控制) mmax与相应的n，v(以最大负弯矩控制) nmax与相应的m，v(以最大轴力控制) nmin与相应的m，v(以最小轴力控制)所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：1-1截面的控制内力为2-2截面的控制内力为3-3截面的控制内力为4-4截面的控制内力为a：刚架柱验算：取2-2截面内力 平面内长度计算系数：， 局部稳定验算构件局部稳

42、定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。 柱翼缘 （满足要求） 柱腹板 （满足要求）（2）柱有效截面特征：b：刚架梁验算：取3-3截面内力 局部稳定验算 梁翼缘 （满足要求） 梁腹板 （满足要求）（2）梁有效截面特征5.位移验算：（1）柱顶水平位移验算：（2）横梁扰度验算：，位移图如下：4.2.3节点设计和施工安装一、节点设计（1）梁柱节点设计：梁柱节点形式见下图：连接处选用如下组合内力值：（2）梁梁节点设计：梁梁节点形式见下图：连接处选用如下组合内力值：（3）柱脚设计：柱脚节点见下图：设计内力采用：二、施工安装安装准备：  1、根据土建基础图和钢结构安装要求对基础工程进行基础轴线、预

43、埋件的位置和数量、地脚螺栓的位置和数量、以及地脚螺栓、螺母有无缺损的检验；2、施工现场应平整、畅通，水电应接至现场，根据所用吊车的技术数据，计划吊车支放位置与移动次数，并安排好钢构件摆放位置；3、吊装前应严格检查钢构件连接部位的各项尺寸是否符合设计要求，如有误差，在地面修正后方可吊装。安装顺序：原则：安装程序必须保证结构形式稳定的空间体系，并不导致结构永久变形。1、安装单根钢柱柱高调整 纵横十字轴线位移垂直校正初校（初校锚栓螺母，调整螺母）固定超差调整固定；2、斜梁在地面超平的垫木上用高强度螺栓连接，组装好；3、安装顺序： 先从靠近山墙的有柱间支撑的两榀刚架开始安装本间檩条

44、支撑隅撑等安装好。 注意：检查刚架垂偏，复测钢柱和斜梁跨度，合格后，用高强度螺栓紧固，用电动扳手初拧，终拧。以两榀刚架为起点，向房屋另一端顺序安装。  4、除最初安装的两榀刚架外，所有其余刚架间的檩条，墙梁和檐檩的螺栓均应在校准后再行拧紧；5、构件吊点要经计算，绑扎点要采取加强措施，以防止构件大变形及局部变形；6、各种支撑的拧紧强度，以不将构件拉弯为原则；7、不得利用已安装部位的构件起吊其他重物，不得在主要受力部位焊其他构件；8、檩条和墙梁安装时，应将拉条拉紧，但不应将檩条和墙梁拉弯；9、在施工过程中，根据结构空间稳定情况，为防止风力对刚架的倾覆，必要时可拉缆风措施。安装高

45、强度螺栓：1、高强度螺栓连接在施工前应对连接副实物和摩擦面进行检验和复验，合格后才能进入安装施工；2、对每一个连接接头，应先用临时螺栓或冲钉定位，为防止损伤螺纹引起扭矩系数的变化，严禁把高强度螺栓作为临时螺栓使用。对一个接头来说，临时螺栓和冲钉的数量原则上应根据该接头可能承担的荷载计算确定，并应符合下列规定：不得少于安装螺栓总数的1/3；不得少于两个临时螺栓；冲钉穿入数量不宜多于临时螺栓的30%。 3、高强度螺栓的穿入，应在结构中心位置调整后进行，其穿入方向应以施工方便为准，力求一致；安装时要注意垫圈的正反面，即：螺母带台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧；对于大六角头高强度螺栓连接副靠

46、近螺头一侧的垫圈，其有倒角的一侧朝向螺栓头。 4、高强度螺栓的安装应能自由穿入孔，严禁强行穿入。如不能自由穿入时，该孔应用绞刀进行修整，修整后孔的最大直径应小于1.2倍螺栓直径。修孔时，为防止铁屑落入板迭缝中，绞孔前应将四周螺栓全部拧紧，使板迭密贴后再进行，严禁气割扩孔。 5、高强度螺栓在终拧以后，螺栓丝扣外露应为2至3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。4.3 门式刚架发展和应用前景1从门式钢架的发展趋势来看，门式钢架工厂化程度高，施工周期短，钢结构制作简便，因门式钢架的梁、柱等基本构件均在加工厂定型制作，在现场按要求拼装而成，加快了施工进度，建设周期缩短，比钢

47、筋混凝土排架结构工期至少缩短60%以上，对于一般规模较小的工业厂房门式钢架仅需50天至2个月，而采用钢筋混凝土排架结构，则需1012个月。所以轻型门式钢架结构在施工周期上站很大优势，符合工业化发展要求与需求，在当前以及以后都会快速发展，在建筑中会得到广泛运用，具有很好的发展潜力。2对于轻型门式钢架结构本身来说，自生也在改进，为了减少自重，选择一些轻型的合金材料，在材料上已有很大改进，弥补了自身的一些自重缺陷。5 常见的技术问题及解决办法5.1 节点问题 螺栓装备面不符合要求，造成螺栓不好安装，或者螺栓紧固的程度不符合设计要求。 原因分析：表面有浮锈、油污等杂质，螺栓孔璧有毛

48、刺、焊瘤等。螺栓安装面虽经处理仍有缺陷。 解决方法：高强螺栓表面浮锈、油污、孔璧毛病，应逐个清理干净。使用前必须经防锈处理，预拼装用的螺栓，不得在正式拼装时使用。处理装配面应考虑施工安装顺序，防止重复进行，并尽量在吊装之前处理。 螺栓丝扣损伤，螺杆不能自由旋入螺母，影响螺栓的装配。 原因分析：丝扣严重锈蚀。 解决方法：使用前螺栓应进行挑选，清洗除锈后作预配。丝扣损伤的螺栓不能做临时螺栓使用，严禁强行打进螺孔。预先选配的螺栓组件应按套存放，使用时不得互换。5.2 构件的加工制作门式刚架所用的钢板均很薄，最薄的可用到4mm。薄板的下料应首选剪切而避免用火焰切

49、割。因为用火焰切割会使板边产生很大的波浪变形。目前h型钢的焊接多采用埋弧自动焊或半自动焊。如果控制不好宜发生焊接变形，使构件弯曲或扭曲。措施：在切割过程中为了保证钢板不侧弯或减少侧弯的变形，采用跳割法对钢板进行切割，其方法为：例1柱子翼缘宽度为300mm，在下料时将板的两端留出2030mm不切割，切1m后再留出2030mm连体，循环往复，总长度切割完成后，待钢板冷至室温后，再将余留部分切断：例2屋面梁翼缘宽度为180mm，在下料时将板的两端留出30mm不切割，切2m后再留出30mm连体，循环往复，总长度切割完成后，待钢板冷至室温后，再将余留部分切断。这样也就减少变形或不会变形了。5.3 预埋件

50、（锚栓）问题现象 整体或布局偏移；标高有误；丝扣未采取保护措施。直接造成钢柱底板螺栓孔不对位，造成丝扣长度不够。措施：钢结构施工单位协同土建施工单位一起完成预埋件工作，混凝土浇捣之前必须复核相关尺寸并加以固定。5.4 锚栓不垂直现象 框架柱柱脚底板水平度差，锚栓不垂直，基础施工后预埋锚栓水平误差大。柱子安装后不在一条直线上，东倒西歪，外观很难看，给柱子安装带来误差，结构受力受到影响，不符合施工验收规范要求。措施：锚栓安装应坚持先将底板用下部调整螺栓调平，再用无收缩砂浆二次灌浆填实，锚栓施工时，可采用钢筋或角钢等固定锚栓。焊成笼状，完善支撑，或采取其他一些有效措施避免浇灌基础混凝土时锚栓移位。5

51、.5 锚栓连接问题现象 柱脚锚栓未拧紧，垫板未与底板焊接；部分未露23个丝扣的锚栓。 措施：应采取焊接锚杆与螺帽。5.6 现场焊缝现象 质量难以保证设计要求全焊透的一、二级焊缝未采用超声波探伤；屋面主梁与柱未施焊；未采用引弧板施焊。措施：钢结构施焊前，对焊条的合格证进行检查，按设计要求选用焊条，按说明书的操作规程要求使用焊条，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤，一、二级焊缝不得有气孔、夹渣、弧坑裂纹，一级焊缝不得有咬边、未满焊等缺陷，一、二级焊缝按要求进行无损检测，在规定的焊缝及部位要检查焊工的钢印。不合格的焊缝不得擅自处理，定出修改工艺后再处理，同一部位的焊缝返修次数不宜超过两次。5.7 柱垂直偏差过

52、大预防措施：钢柱应按计算的吊挂点吊装就位，且必须采用二点以上的吊装方法，吊装时应进行临时固定，以防吊装变形；柱就位后应及时增设临时支撑；对垂直偏差，应在固定前予以修正。5.8构件的变形问题构件在运输时发生变形，出现死弯或缓弯，造成构件无法进行安装。 原因分析：构件制作时因焊接产生的变形，一般呈现缓弯。构件待运时，支垫点不合理，如上、下垫木不垂直等或堆放场地发生沉陷，使构件产生死弯或缓变形。构件运输中因碰撞而产生变形，一般呈现死弯。 预防措施：构件制作时，采用减小焊接变形的措施。组装焊接中，采用反方向变形的措施，组装顺序应服从焊接顺序，使用组装胎具，设置足够的支架，防止变形。

53、待运及运输中，注意垫点的合理配置。 解决方法：构件死弯变形，一般采用机械矫正法治理。即用千斤顶或其他工具矫正，辅以氧气乙炔火焰烤后矫正。构件发生缓弯变形时，采用氧气乙炔火焰加热矫正。钢梁构件拼装后全长扭曲超过允许值，造成钢梁的安装质量不良。 原因分析：拼装工艺不合理。拼装节点尺寸不符合设计要求。 解决方法：构件拼装要设拼装工作台，定位焊时要将构件底面找平，防止翘曲。拼装工作台应各支点水平，组焊中要防止出现焊接变形。尤其是梁段或梯道的最后组装，要在定位焊后调整变形，注意节点尺寸要符合设计要求，否则易造成构件扭曲。自身刚性较差的构件，翻身施焊前要进行加固，构件翻身后也应进行找平，否则构件焊后无法矫正。构件起拱，数值大于设计数值时，易产生挤面标高超标；数值小于设计数值时，安装后梁下挠。 原因分析：构件尺寸不符合设计要求。架设过程中，未根据实测值与设计值的误差进行修正。跨度小的梁，起拱度较小，拼装时易忽视。 解决方法：严格按钢结构构件制作允许偏差进行各部检验。在架设过程中，杆件安装完毕，以及工地接头施工结束后，必须进行上拱度测量，并在施工中对其他进行调整。在拼装过程中，应严格控制累计偏差，注意采取措施，消除焊接收缩量的影响。6 结论与展望1).优