第二章钢结构门式钢架施工

1、2 概述2.1.3 单层门式刚架结构的组成 轻型钢结构建筑形式多样，近年来在我国得到了广泛应用。门式刚架轻钢结构、多层轻钢结构是目前我国工业建筑市场需求量最大的两种结构形式。 单层轻型门式刚架结构是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁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（槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、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。 门式刚架其结构体系由屋盖系统、柱子系屋盖系统、柱子系统、吊车梁系

2、统、墙架系统、支撑系统统、吊车梁系统、墙架系统、支撑系统等部分组成单层轻钢结构体系钢梁钢柱吊车梁横向水平支撑柱间支撑檩条抗风柱柱间支撑刚架梁 刚架柱返回刚架柱山墙抗风柱墙梁檩条刚架梁2. 单层门式刚架结构的特点 质量轻质量轻 围护结构采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为1030kg/m2 ，在相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的1/201/30。由于结构质量轻，相应由于结构质量轻，相应地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。同时在相同地震烈度下结

3、构的地震反应小。同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。 工业化程度高，施工周期短工业化程度高，施工周期短 门式刚架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。 综合经济效益高综合经济效益高 门式刚架结构通常采用计算机辅助设计，设计周期短；原材料种类单一；构件采用先进自动化设备制造；运输方便等。所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。 柱网布置比较灵活柱网布置比较灵活 传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺

4、寸的限制，柱距多为6米米，当采用12米柱距时，需设置托架及墙架柱。而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主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要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。定。 其它特点其它特点：门式刚架体系的整体性可以依靠檩条、墙架及隅撑来保证，从而减少屋盖支撑数量，同时支撑多用圆钢做成，很轻便；梁、柱多用变截面，节省材料；梁、柱设计时利用屈曲后强度利用屈曲后强度；变截面刚架不能用塑性设计。蒙皮效应蒙皮效应 在垂直荷载作用下，坡顶门式刚架的运动趋势是屋脊向下、屋檐向外变形。屋面板将与支撑檩条一起以深梁的形式来抵抗这

5、一变形趋势。这时，屋面板承受剪力，起深梁的腹板的作用。而边缘檩条承受轴力起深梁翼缘的作用。显然，屋面板的抗剪切能力要远远大于其抗弯曲能力。所以，蒙皮效应指的是蒙皮板由于其抗剪切刚度对于使板平蒙皮效应指的是蒙皮板由于其抗剪切刚度对于使板平面内产生变形的荷载的抵抗效应。面内产生变形的荷载的抵抗效应。对于坡顶门式刚架，抵抵抗竖向荷载作用的蒙皮效应取决于屋面坡度抗竖向荷载作用的蒙皮效应取决于屋面坡度，坡度越大蒙皮效应越显著；而抵抗水平荷载作用的蒙皮效应则随着坡抵抗水平荷载作用的蒙皮效应则随着坡度的减小而增加。度的减小而增加。 压 型 钢 板压 型 钢 板面 板 受 剪 区面 板 受 剪 区山 形 门

6、式 建 筑 的 受 力 蒙 皮 作 用平 屋 顶 建 筑 的 受 力 蒙 皮 作 用3. 轻型门式刚架的应用轻型门式刚架的应用 轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式，广泛应用于工业、居住和公共建筑，具有施工速度快、建筑造型美观、钢材用量少、造价低廉等优势，而门式刚架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式，在我国更是大量涌现。近几年来，随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H型钢的出现，门式刚架更是发展迅猛，我国建成此类结构工程已达800多万平方米，而且每年以约100多万平方米的速度增加。 门式刚架轻型房屋钢结构的主要应用范围，包括单层工建厂房、民建超级市场和展览馆、库房以及各种不同类

7、型仓储式工业及民用建筑等，都是它强有力的竞争领域，有广泛的市场应用前景。 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程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门式刚架轻型房屋钢构件JG1442002 4 结构形式门式刚架的结构形式门式刚架的结构形式 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1/201/201/81/8。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋时，当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。1.单跨双坡刚架单跨双坡刚架 等截面柱，等截面

8、柱，底端固接的底端固接的节点设计，节点设计，承受更大的承受更大的支座弯矩，支座弯矩，适合有吊车适合有吊车荷载的建筑荷载的建筑物。物。 2.单跨双坡刚架单跨双坡刚架 内柱的设计，内柱的设计，使结构达到使结构达到更大的屋面更大的屋面跨度，通常跨度，通常3672M，更经济的设更经济的设计。计。 3.多跨多坡刚架多跨多坡刚架 双跨多坡或双跨多坡或多跨多坡的多跨多坡的设计，适合设计，适合多种使用类多种使用类型建筑物的型建筑物的需要。需要。 4.高低跨刚架高低跨刚架 外形构造外形构造灵活，适灵活，适合于成套合于成套组合式厂组合式厂房。房。 门式刚架的柱脚多按铰接设计门式刚架的柱脚多按铰接设计，当用于工业厂

9、房且有桥式吊车有桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接刚接。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。刚接柱脚铰接柱脚柱脚构造详图铰接柱脚铰接柱脚刚接柱脚刚接柱脚加劲板加劲板加劲板加劲板地脚螺栓地脚螺栓5.结构布置及构造结构布置及构造刚架的建筑尺寸和布置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4.59m。 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

10、时，温度区段可适当放大）。 檩条和墙梁的布置檩条和墙梁的布置 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山墙抗风柱墙梁檩条刚架梁刚架梁 刚架柱返回刚架柱山墙抗风柱墙梁檩条刚架梁支撑和刚性系杆的布置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。

11、 (3)端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。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，一一般取般取3045m，有吊车时不宜大于，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刚性系杆。 (6)在刚架的转折处转折处（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檩条应满足压弯

12、构件的承载力和刚度要求力和刚度要求，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。支撑系统的主要作用是：支撑系统的主要作用是：1）纵向刚性系杆传递纵向水平力。2）水平支撑形成局部刚域，抵抗在柱间和屋面梁间传递的水平力作用。3）隅撑的作用则为约束I工字型截面远端翼缘板，起到远端翼缘板平面内支座作用，避免形成局部屈曲；或出平面支点作用，减小翼缘板的出平面计算长度，从而控制出平面稳定性。4）全部支撑系统与檩条或墙梁以及刚架一道组成空间体系，参与空间协同工作。刚性系杆构件主要

13、选用型钢和钢管，与刚架通过螺栓铰接，截面大小一般按压杆稳定性要求或通过受力计算来决定。设置主要考虑在刚架转角和屋脊联结处（其中屋脊处的刚性系杆，可由用于此处屋脊构造需要的，刚度较大的双檩条及联结所代替）。 轻型门式刚架的屋面支撑体系主要由屋面横向水平支撑和系杆组成。水平支撑为圆钢，用花篮螺栓张紧；系杆用圆管。屋面横向水平支撑系统主要用来传递风荷载，增强结构的整体稳定性能。山墙抗风柱墙梁檩条刚架梁柱间支撑柱间支撑屋面横向水平支撑布置图撑杆斜拉条拉条隅撑屋面横向水平支撑拉条檩条屋面拉条布置屋架横向水平支撑与刚架梁连接节点构造连接角钢连接角钢曲面造型的屋面刚架梁曲面造型的屋面刚架梁隅撑隅撑采光带采光

14、带屋架横向支撑节点处刚性系杆屋架横向支撑节点处刚性系杆梁柱节点处刚性系杆梁柱节点处刚性系杆墙梁岩棉保温材料墙梁支架墙梁6.轻型门式刚架节点 斜梁与柱的连接节点 斜梁屋脊拼装节点 门式刚架节点连接通常采用高强螺栓连接，分端板竖放、端板横放、端板斜放三种形式，如下图所示。端板竖放端板横放端板斜放斜梁拼接节点连接形式节点连接形式端板螺栓加劲肋加劲肋端板螺栓端板加劲肋螺栓端板加劲肋螺栓横梁屋脊拼装节点图返回柱脚设计柱脚设计 柱下端与基础相连的部分称为柱脚。柱脚柱下端与基础相连的部分称为柱脚。柱脚的作用是将柱身所受的力传递和分布到基的作用是将柱身所受的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。基础一般由混凝

15、础，并将柱固定于基础。基础一般由混凝土或钢筋混凝土做成，其强度远低于钢材土或钢筋混凝土做成，其强度远低于钢材的，所以必须将柱身的底端扩大以增加与的，所以必须将柱身的底端扩大以增加与基础接触的面积，使接触面积上承压力小基础接触的面积，使接触面积上承压力小于或等于基础的抗压强度设计值。这就要于或等于基础的抗压强度设计值。这就要求柱脚有一定的宽度和长度，也应有一定求柱脚有一定的宽度和长度，也应有一定的刚度和强度，使柱身压力比较均匀地传的刚度和强度，使柱身压力比较均匀地传到基础。到基础。 根据受力要求，柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚两根据受力要求，柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚两类，当吊车起重量类，当吊车起重量5

16、5吨时应考虑设置刚性柱吨时应考虑设置刚性柱脚。脚。柱脚设计的原则柱脚设计的原则 传力明确，可靠、简捷、构造简单、传力明确，可靠、简捷、构造简单、节约材料、施工方便，并符合计算简图节约材料、施工方便，并符合计算简图。 柱脚形式柱脚形式平板式铰接柱脚平板式铰接柱脚刚接柱脚刚接柱脚一般情况一般情况当有桥式当有桥式吊车或刚吊车或刚架侧向刚架侧向刚度过弱时度过弱时平板式平板式铰接柱脚铰接柱脚刚接柱脚刚接柱脚 对轴力很小的柱，可将柱身底端切割平齐，对轴力很小的柱，可将柱身底端切割平齐，直接与底板焊接。柱身所受的力通过焊缝直接与底板焊接。柱身所受的力通过焊缝传给底板，由底板分布到基础。底板厚度传给底板，由底

17、板分布到基础。底板厚度一般为一般为2040mm，用两个锚栓固定在基，用两个锚栓固定在基础上，锚栓位置放在柱中轴线上，一般在础上，锚栓位置放在柱中轴线上，一般在短轴线底板两侧。锚栓直径按构造采用短轴线底板两侧。锚栓直径按构造采用2030mm，预埋于混凝土基础内。这种，预埋于混凝土基础内。这种柱脚构造最简单；但只适用于轴力很小的柱脚构造最简单；但只适用于轴力很小的柱，否则底板和焊缝都将太厚，因为底板柱，否则底板和焊缝都将太厚，因为底板在各方向均为悬臂。在各方向均为悬臂。 柱身轴力先通过与靴梁连接的竖向焊缝传给靴梁，再从靴梁通过其与底板连接的水平焊缝传给底板，然后从底板传到基础。连接柱身与底板的水平

18、焊缝由于质量不易保证(因板间位置不准，常有一定空隙)，计算时通常不考虑其受力。靴梁实际上是一个下边受有向上均布荷载的单跨双伸臂梁。底板宽度方向的悬臂尺寸不宜太大，通常等于(34.5)倍锚栓直径。2 2、底板的厚度、底板的厚度底板的厚度决定于板的抗弯强度。底板的厚度决定于板的抗弯强度。式中：式中： 为底板承受的最大弯矩值为底板承受的最大弯矩值。 fMtmax6maxM柱脚锚栓应采用柱脚锚栓应采用Q235Q235或或Q345Q345钢材制作。锚栓的锚固钢材制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家标准长度应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)(GB 50007-2002)的规定，锚栓端部按规定设置弯的规定，锚栓端部按规定设置弯钩或锚板。钩或锚板。计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载( (或或雪荷载雪荷载) )、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久荷载的分项系数荷载的分项系数1.01.0。锚栓直径不宜小于。锚栓直径不宜小于24mm24mm，且，且应采用双螺帽以防松