门式刚架轻型钢结构

门式刚架轻型房屋钢结构赵风华齐永胜编制高福聚审定1厂房结构演示2厂房支撑体系和结构分解3基本情况概述工程应用情况

自1996年起，特别是98年以来，我国门式刚架轻型房屋结构的发展突飞猛进，工程建设量从过去的每年不到100万平方米,发展到目前的每年400～500万平方米。适用标准和范围适用标准：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》CECS102：2002,2003年3月1日起施行。适用范围：主要承重结构为单跨或多跨实腹式门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20吨的A1～A5工作级别桥式吊车

或3吨悬挂式起重机的单层房屋钢结构。4相关规范标准

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068－2001《建筑结构设计术语和符号标准》GB/T50083－1997《建筑结构荷载规范》GB50009－2001《建筑抗震设计规范》GB50011－2001《钢结构设计规范》GB50017－2003《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018－2002《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205－2001等5§8.1结构形式和布置结构构造结构形式和结构主要构件屋面、保温梁柱、隅撑、交叉支承墙体等结构布置柱网、变形缝、墙梁、支撑6门式刚架的结构构造789101112131415161718192021屋面反托板＋采光带2223一

结

构

形

式

多种多样，不同的分类方法，可以分成不同的结构体系。（1）根据构件体系分，实腹式和格构式；（2）根据截面形式分，变截面和等截面的；（3）分单跨、双跨、多跨、带挑檐、带毗屋；摇摆柱的概念：多跨刚架与斜梁铰接的中间柱（4）单坡或双坡；（5）与基础刚接或与基础铰接；（6）不带吊车或带吊车（Q≤20t单梁或双梁轻中级吊车，或Q≤3t悬挂吊车）24屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条；主刚架可采用变截面实腹刚架；主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘的出平面稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证；主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢；门式刚架轻型房屋可采用隔热卷材做屋盖隔热和保温层，也可以采用带隔热层的板材作屋面；根据跨度、高度和荷载的不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字形截面或轧制H形钢截面，设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形；必要时也可改变腹板厚度。2526272829303132333435二、结构布置柱网布置变形缝布置墙梁布置36１.柱网布置门式刚架的跨度宜采用9～36m，以3m为模数，必要时也可采用非模数跨度。门式刚架的间距，即柱网轴线在纵向的距离宜为6m，也可采用7.5m或9m，最大可用12m；跨度较小时也可用4.5m。门式刚架的高度宜采用4.5～9.0m，必要时可适当加大。在多跨刚架局部抽掉中柱处，可布置托架。山墙处可设置由斜梁、抗风柱和墙架组成的山墙墙架（端部框架），或直接采用门式刚架。挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.5-1.2m，其上翼缘坡度宜与横梁坡度相同。

372.变形缝布置门式刚架轻型房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于300m

横向温度区段长度不大于150m。3.墙梁布置门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面时墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型及规格而定，但不应大于计算确定的值。门式刚架轻型房屋的外墙，当抗震设防烈度为7度、8度时可采用轻型钢墙板或非嵌砌砌体当抗震设防烈度为9度时，宜采用轻型钢墙板或与柱柔性连接的轻质墙板。384.支撑布置和拉条包括柱间支撑和屋面支撑两种，布置原则为：每个温度区段应当设置能够独立构成空间稳定结构的支撑体系；柱间支撑和屋面支撑布置在同一刚架之间；柱子较高时，柱间支撑要分层；间距一般不超过60m，在30～40m之间；当设置在房屋的第二柱间时，第一柱间应当设置屋面刚性系杆；在刚架转折处（柱顶和屋脊）宜设置刚性系杆。当支撑采用十字交叉圆钢时，必须张拉后固定。拉条及斜拉条。对屋面檩条或墙梁起支座作用，减少变形和弯距；屋脊处和墙梁屋檐处应当设斜拉条；直拉条和斜拉条一般采用圆钢，必须拉紧后固定。拉条布置：檩条跨度在4～6m时，设一道；大于6m时，设两道。394041拉条的布置←屋面有天窗时，天窗两侧檩条间布置斜拉条和直撑杆。构造：拉条用圆钢，φ8～12mm，据檩距和荷载定；撑杆限制檩条的侧向弯曲，其长细比按压杆λ<200。(下页图)作用：减小檩条的侧向变形和扭转，提高檩条承载力。布置：檩条跨度4～6m时，至少跨中设一道拉条，L>6m时，设两道。↓4243檩条与屋架的连接方式44实腹式檩条计算①简图

②荷载计算

对x-x轴qy=qcosα

对y-y轴qx=qsinα

q为线荷载。

屋面均布活荷载的取值：不上人屋面：对压型钢板等轻质屋面，验算屋面板和檩条时取0.5kN/m2，验算屋架、刚架等承重结构时取0.3kN/m2，施工荷载较大时按实际情况取。上人屋面：按使用要求确定，但不小于1.5kN/m2。45③

檩条弯矩拉条设置情况刚度最大主平面的Mx刚度最大主平面的My无拉条

一根拉条两根拉条46门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离；门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度，柱的轴线可取通过柱下端(较小端)中心的竖向直线，工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮，斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。檐口高度，取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；最大高度，取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；房屋的宽度，取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；长度，取两端山墙墙梁外皮之间的距离。§8.2门刚计算简图的确定47门式刚架的计算简图楔形构件双楔形横梁48门式刚架结构的材料应当符合《碳素结构钢》（GB700－88）规定的Q235和《低合金高强结钢》（GB/T1591－94）中规定的Q345钢材的条件。主刚架:Q235-A、Q235-B或Q345-A、Q345-B檩条及墙梁:檩条一般采用斜卷边Z形或C形冷弯型钢，墙梁为C型钢，材料为Q235-A或Q345-A即可。支撑系统（包括拉条）:柔性杆采用圆钢，刚性杆采用角钢或圆管；材料为Q235-A或Q345-A。吊车梁:宜选用Q235-B或Q345-B维护系统:屋面、墙面采用压型钢板轻型板材时，Q235-A;墙体材料:抗震设防烈度≤6°时，外墙可用砌体；7°～8°时，不宜采用嵌砌砌体；9°时，应采用与柱子柔性连接的轻质墙板。49§8.3荷载计算和荷载组合屋面荷载风荷载吊车荷载地震作用荷载组合50一、屋面荷载永久荷载包括屋面板、檩条、支撑、刚架等结构自重及吊顶、管线、天窗、风帽等悬挂或建筑设施荷重。实腹式檩条的自重标准值可取0.05-0.1kN/m2，而格构式檩条的自重标准值可取0.03～0.05kN/m2。可变荷载屋面可变荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载等。屋面活荷载按屋面水平投影面积计算。考虑到使用及施工检修荷载，对房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载应如下考虑：不上人屋面的均布活荷载的标准值应取0.5kN/m2；上人屋面的均布活荷载的标准值取2.0kN/m2；设计屋面板和檩条时应考虑施工或检修集中荷载1.0kN；当使用及施工荷载较大时，应按实际情况采用。屋面雪荷载、积灰荷载等按《建筑结构荷载规范》（GB50009）的规定采用。荷载效应组合时应符合下列原则：（1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；（2）积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；（3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其它荷载同时考虑。51二、风荷载风荷载标准值与建筑物所在地区基本风压、建筑物体型、高度以及建筑地面粗糙度等因素有关，并且认为风荷载垂直作用于建筑物表面上，其值可按下式计算：式中wk——风荷载标准值（kN/㎡）；w0——基本风压，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）的规定值乘以1.05采用；μz——风荷载高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）的规定采用；当高度小于10m时应按10m高度处的数值采用。μs——风荷载体型系数，考虑内、外风压最大值的组合，且含阵风系数。对于门式刚架轻型房屋，当其屋面坡度α不大于10°、屋面平均高度不大于18m、房屋高宽比不大于1、檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸时，刚架的风荷载体型系数μs应按表8.1确定。52刚架的风荷载体型系数分区刚架的风荷载体型系数建筑类型分区端区中间区1E2E3E4E5E6El23456封闭式+0.50-1.40-0.80-0.70+0.90-0.30+0.25-1.00-0.65-0.55+0.65-0.15部分封闭式+0.10-1.80-1.20-1.10+l.00-0.20-0.15-1.40-1.05-0.95+0.75-0.05

其它的如檩条和墙梁、屋面板和墙板、山墙墙架构件以及挑檐的风荷载体型系数由《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）附录A确定。

53三、吊车荷载

厂房中的桥式吊车按其工作频繁程度分为轻级、中级和重级三种工作制。一般用JC表示吊车运行时间在全部生产时间中所占的百分比。当JC≤15%时为轻级，如用于设备检修的吊车；当JC≥40%时为重级，如用于炼钢、轧钢等冶金工业厂房中的吊车；当15%<JC<40%时为中级，如用于机械加工和装配车间的吊车等。桥式吊车作用在刚架上的吊车荷载有竖向荷载Dmax、Dmin及横向水平荷载Tmax两种。吊车的竖向荷载吊车横向水平荷载吊车纵向水平荷载

5455吊车竖向荷载吊车竖向荷载Dmax及Dmin是指吊车在满载运行时可能作用在厂房刚架柱上的最大压力及最小压力。随着桥式吊车大车和小车运行位置的不同，吊车和吊车自重在厂房刚架柱中所产生的压力也不相同。为了确定吊车竖向荷载Dmax及Dmin，首先必须确定小车在大车桥架上的极限位置和大车沿厂房纵向运行的最不利位置。随着载重的小车在大车轨道上位置的不同，作用在吊车梁轨道上的吊车轮压P亦不相同。当载有额定最大起重量的小车开到大车某一侧的极限位置时，则在该侧每个大车的轮压为吊车的最大轮压Pmax，相应地在另一侧的大车轮压称为最小轮压Pmin。Pmax和Pmin系大车的极限轮压值，且两者同时作用在刚架上，如图8.6所示。Pmax可根据吊车型号、规格等查阅产品目录或有关手册。同时还可查到大车轮距K、吊车桥架宽度B、小车重g及大车重G。对于四轮吊车：

式中G——大车自重标准值；g——小车自重标准值；Q——吊车额定最大起重量标准值。G、g、Q均应按重力单位（kN）计算。56吊车的最不利位置吊车荷载是移动的，当吊车在吊车梁上沿厂房纵向前后运行时，吊车梁传至柱中的竖向荷载亦随吊车位置的不同而变化。为了求出Pmax和Pmin通过吊车梁作用在刚架柱上的最大竖向荷载Dmax和最小竖向荷载Dmin，则需要确定吊车运行时的最不利位置。设计时，一般考虑两台吊车并行。如图8.7所示，由计算单元内刚架柱所支承的相邻两柱间的吊车梁的反力即为吊车梁作用在刚架柱上的最大竖向荷载Dmax和最小竖向荷载Dmin。由结构力学影响线可知，两台并行吊车，当其中一台的一个最大轮压P1max（Plmax≥P2max）作用在刚架柱轴线处，而另一台与它紧靠并行时，即为两台吊车的最不利轮压位置。由于吊车轮压Pmax和Pmin同时出现，且分别作用在左右两侧的吊车梁上，当一侧柱由Pmax产生最大竖向荷载标准值Dmaxk时，另一侧柱则相应地由Pmin产生最小竖向荷载标准值Dmink，根据影响线原理，吊车竖向荷载的设计值Dmax和Dmin可按下式计算：5758当两台吊车不同时(8.3)

式中P1max，P2max——吊车1和吊车2最大轮压的标准值，且P1max>P2max；P1min，P2min——吊车1和吊车2最小轮压的标准值，且P1min>P2min；

y1、y2和y3、y4一一与吊车1和吊车2的轮子相对应的支座反力影响线上的竖标，可

按图8.7的几何关系求得；Q

一一吊车荷载的分项系数，Q=1.4。当两台吊车相同时(8.4)式中，，各轮子下影响线竖标的总和。

当厂房某跨内，近期及远期均肯定只设一台吊车时，该跨可按一台吊车考虑。此时，各轮子下影响线竖标的总和。

59吊车横向水平荷载吊车横向水平荷载Tmax是指载有额定最大起重量的小车在左右行驶中突然刹车时，由于吊车Q和小车g的惯性力而在厂房刚架柱上所作用的横向水平制动力。它通过小车制动轮与桥架轨道之间的摩擦力传至大车，然后由大车轮通过吊车轨道传至吊车梁，最后再由吊车梁与柱的连接钢板传给刚架柱。因此吊车横向水平荷载Tmax对刚架柱的作用位置是在吊车梁顶面。吊车横向水平制动力本应按两侧柱子的刚度大小分配。但在设计中，为简化计算，《建筑结构荷载规范》允许近似地平均分配给两侧刚架柱，如图所示。对于各类四轮桥式吊车，当其小车满载运行中突然刹车时，在大车每一个轮子上所产生的横向水平制动力的标准值为：（8.5）式中Q——吊车额定最大起重量的标准值（t）；g——小车自重的标准值（kN）；α——横向水平制动系数，对于软钩吊车：当Q≤10t时，α=0.12；当Q=16~50t时，α=0.10；当Q≥75t时，α=0.08；对于硬钩吊车，α=0.20。60吊车横向水平制动力及横向水平荷载

61

每个大车车轮传给吊车轨道的横向水平制动力T确定后，即可按计算吊车竖向荷载Dmax和Dmin的方法，计算作用在刚架柱上的吊车横向水平荷载的设计值为：当两台吊车不同时

（8.6）式中T1、T2——吊车1和吊车2横向水平制动力的标准值，且T1>T2；当两台吊车相同时

（8.7）

（8.8）（8.9）式中T——吊车每个轮子水平制动力的标准值。

62吊车纵向水平荷载TL是指当吊车（大车）沿厂房纵向运行中突然刹车时，由吊车自重和吊重的惯性力在厂房纵向刚架柱上所产生的水平制动力。它是通过吊车每侧的制动轮传至两侧吊车轨道，然后再由吊车梁传给纵向柱列或柱间支撑，如上图所示。63吊车纵向水平荷载每台吊车纵向水平制动力的设计值为：

（8.10）式中Pmax——吊车最大轮压（kN）；

n——吊车每侧制动轮数，对于一般的四轮吊车，n=1。计算作用在纵向刚架上的吊车纵向水平制动力时，无论是单跨还是多跨厂房，最多只考虑两台吊车同时刹车。当无柱间支撑时，吊车纵向水平制动力TL由同一伸缩缝区段内的所有纵向刚架柱共同承担，且按各柱沿厂房纵向抗侧刚度的大小进行分配。当有柱间支撑时，则假定全部纵向水平荷载均由柱间支撑承担。计算吊车水平荷载时，不论是横向刹车力还是纵向刹车力，最多只考虑两台吊车同时刹车。当纵向柱列少于7根时，应计算纵向水平制动力。悬挂吊车、手动吊车、电动葫芦可不考虑水平荷载。多台吊车的组合应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009）的规定。64四、地震作用地震作用应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）的规定计算，同时要注意风荷载不与地震作用同时考虑。地震作用效应可采用底部剪力法分析确定，抗震验算时，结构的阻尼比可取0.05。65五、荷载组合门式刚架承受的荷载一般应考虑以下几种组合：1．当不考虑地震作用时，其荷载组合可如下考虑：1）1.2×永久荷载标准值：2）1.2×永久荷载标准值＋1.4×屋面活荷载标准值；3）1.2×永久荷载标准值＋1.4×风荷载标准值；4）1.2×永久荷载标准值＋1.4×吊车荷载标准值；5）1.2×永久荷载标准值＋1.4×0.85×（屋面活荷载标准值十风荷载标准值）；6）1.2×永久荷载标准值＋1.4×0.85×（屋面活荷载标准值十吊车荷载标准值）；7）1.2×永久荷载标准值＋1.4×0.85×（风荷载标准值十吊车荷载标准值）；8）1.2×永久荷载标准值＋1.4×0.85×（屋面活荷载标准值十风荷载标准值十吊车荷载标准值）。上述（3）项组合主要用于计算最小轴力Nmin及相应弯矩M和剪力V；（6）项组合主要用于计算最大轴力Nmax及相应弯矩M和剪力V；（7）、（8）项组合主要用于计算弯矩绝对值最大∣M∣max及相应轴力N和弯矩M。662.当考虑地震作用时，其荷载组合可如下考虑:（1）计算刚架地震作用及自振特性时永久荷载标准值十0.5×屋面活荷载标准值十吊车荷载标准值（2）当考虑地震作用组合的内力时1.2×永久荷载标准值十1.4×（0.5×屋面活荷载标准值十吊车荷载标准值）

+1.3×地震作用标准值一般对轻型屋面的刚架，当地震设防烈度为7度而相应风荷载大于0.35kN/㎡（标准值）或为8度（Ⅰ、Ⅱ类场地上）而风荷载大于0.45kN/㎡时，地震作用组合不起控制作用，可只进行基本组合计算。67§8.4门式刚架的作用效应计算刚架的内力计算控制截面及最不利内力组合变截面刚架的侧移计算68一、刚架的内力计算变截面

对构件为变截面的门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，进行内力分析时宜按平面结构考虑，一般不考虑应力蒙皮效应。当有必要且有条件时，可考虑屋面板的蒙皮效应。

蒙皮效应是将屋面板视为沿房屋全长伸展的深梁，可用来承受平面内荷载。面板可视为平面内横向剪切的腹板，其边缘构件可视为承受轴向力的翼缘。考虑屋面板的蒙皮效应可提高结构的刚度和承载力，但目前还难以利用，只能当作潜力。变截面门式刚架的内力分析可按一般结构力学方法或利用静力计算公式、图表进行；也可采用有限元法（直接刚度法）计算。计算时宜将构件分为若干段，每段的几何特征可视为常量；也可采用楔形单元。楔形单元先转换为等效等截面计算，然后再恢复为变截面。等截面

对构件为等截面的门式刚架，当采用弹性分析方法确定内力时，可参考上述方法进行。当采用塑性分析方法确定内力时，按《钢结构设计规范》（GB500017-2003）的规定进行计算。69二、控制截面及最不利内力组合对于刚架横梁，其控制截面一般为每跨的两端支座截面和跨中截面。

梁支座截面最不利内力有：最大负弯矩（-Mmax）组合、最大剪力（Vmax）组合以及可能出现的最大正弯矩（+Mmax）组合。

梁跨中截面最不利内力有：最大正弯矩（+Mmax）组合及可能出现的最大负弯矩（-Mmax）组合对于刚架柱，由弯矩图可知，弯矩最大值一般发生在上下两个柱端，而剪力和轴力在柱子中通常保持不变或变化很小。刚架柱的控制截面为柱底、柱顶和柱阶形变截面处。最不利内力组合应按梁、柱控制截面分别进行，一般可选：柱底、柱顶、柱阶形变截面处及梁端、梁跨中等截面进行组合和截面的验算。70计算刚架梁控制截面的内力组合时一般应计算以下三种最不利内力组合：①Mmax及相应的V；②Mmin（即负弯矩最大）及相应的V；③Vmax及相应的M。刚架梁中内力符号：弯矩以使梁的下部受拉者为正，反之为负；

剪力以绕杆端顺时针转者为正，反之为负。计算刚架柱控制截面的内力组合时一般应计算以下四种最不利内力组合：①

Nmax及相应的M、V；②

Nmin及相应的M、V；③

Mmax及相应的N、V；④

Mmin（即负弯矩最大）及相应的N、V。刚架柱中内力符号：弯矩以柱左边受拉者为正，反之为负；

轴力以受压为正，反之为负。

71三、变截面刚架的侧移计算

变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。

单跨刚架两跨刚架当中间柱与横梁刚性连接时刚架的变形限制721.单跨刚架

当单跨变截面刚架斜梁上缘坡度不大于1:5时，在柱顶水平力作用下的侧移u，可按下列公式估算：柱脚铰接刚架

（8.11）柱脚刚接刚架

（8.12）其中

（8.13）式中，h，L——分别为刚架柱高度和刚架跨度。当坡度大于1:10时，L应取横梁沿坡折线的总长度2s（图8.4）。

——刚架柱与刚架梁的线刚度比值。Ic，Ib——分别为柱和横梁的平均惯性矩，且可按下列公式计算：楔形构件

（8.14）双楔形横梁

（8.15）H——刚架柱顶等效水平力，可按下列公式计算：

73楔形构件

双楔形横梁

式中，

Ico、Ic1——分别为柱小头和大头的惯性矩；Ib0、Ib1、Ib2——分别为楔形横梁最小截面、檐口和跨中截面的惯性矩；

β——楔形横梁长度比值；74当刚架承受沿柱高度均布的水平风荷载作用时，柱顶等效水平力H可取为：柱脚铰接刚架H=0.67W柱脚刚接刚架H=0.45W式中W——均布风荷载的总值，W=（w1+w4）hw1，w4——分别为刚架两侧承受的沿柱高度均布的水平风荷载（kN/m）。

75当刚架承受吊车水平荷载Pc作用时（图8.11），柱顶等效水平力H可取为：柱脚铰接刚架H=1.15yPc

（8.16）柱脚刚接刚架H=yPc

（8.17）式中y——吊车水平荷载Pc作用高度与柱高度之比（图8.11）。762.两跨刚架

中间柱为摇摆柱的两跨刚架，柱顶侧移可采用式（8.11）或式（8.12）计算，但式（8.13）中的L应以2s代替，s为单坡面长度。柱脚铰接刚架

（8.11）柱脚刚接刚架

（8.12）其中

（8.13）773.当中间柱与横梁刚性连接时

当中间柱与横梁刚性连接时，可将多跨刚架视为多个单跨刚架的组合体（每个中间柱分为两半，惯性矩各为I/2），按下列公式计算整个刚架在柱顶水平荷载作用下的侧移：（8.21）

（8.22）

（8.23）

（8.24）式中ΣKi——柱脚铰接时各单跨刚架的侧向刚度之和；hi

——所计算跨两柱的平均高度；

78li

——与所计算柱相连接的单跨刚架梁的长度；Iei——两柱惯性矩不相同时的等效惯性矩；Il，Ir——分别为左、右两柱的惯性矩；Ibi——与所计算柱相连接的单跨刚架梁的惯性矩；ξti——所计算柱与相连接的单跨刚架梁的线刚度比值794.刚架变形的规定《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）关于刚架变形的规定如下：

计算钢架变形时，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。单层门式刚架轻型房屋钢结构的刚架柱顶位移设计值，不应大于规程表3.4.2－1规定的限值。受弯构件的挠度与其跨度的比值，不应大于规程表3.4.2－2规定的限值。构件长细比应符合下列规定：受压构件的长细比，不宜大于规程表3.5.2－1规定的限值。受拉构件的长细比，不宜大于规程表3.5.2－2规定的限值。

80规程表3.4.2－1刚架柱顶位移（设计值）的限值

注：表中h为刚架柱高度。

吊车情况其它情况柱顶位移限值不设吊车当为轻型墙板时当为砌体墙时

h/60

h/100设有桥式吊车当吊车有驾驶室时当吊车由地面操作时

h/400

h/18081规程表3.4.2－2受弯构件的挠度与跨度比限值注：1表中L为构件跨度。2对悬臂梁，按悬伸长度的2倍计算受弯构件的跨度。构件类别挠度限值竖向挠度门式刚架斜梁只有压型钢板屋面和冷弯型钢檩条有吊顶有吊顶且抹灰1/1801/2401/400檩条只有压型钢板屋面有吊顶1/1501/240压型钢板屋面板1/150水平挠度墙板1/100墙梁仅支承压型钢板墙支承砌体墙1/1001/180且≤50mm82规程表3.5.2-1受压构件的容许长细比限值规程表3.5.2-2受拉构件的容许长细比限值构件类别长细比限值主要构件180其它构件及支撑220构件类别承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吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑300—其它支撑（不包括张紧的圆钢支撑）400—注：1.对承受静态荷载的结构，可仅计算受拉构件在竖向平面内的长细比。2.对直接或间接承受动态荷载的结构，计算单角钢受拉构件的长细比时，应采用角钢的最小回转半径；在计算单角钢交叉受拉杆件平面外长细比时，应采用与角钢肢边平行轴的回转半径。3.在永久荷载与风荷载组合作用下受压的构件，其长细比不宜大于250。

83§8.5门式刚架构件的截面验算有效截面的概念板件的最大宽厚比和屈曲后强度利用刚架构件强度计算和加劲肋的设置刚架柱的验算刚架梁和隅撑设计84一、有效截面的概念轻型钢结构的设计理论，主要是建立在利用板件的屈曲后强度的基础之上的。试验表明，板件（尤其是宽厚比大的板件）在达到其弹性临界应力σcr后还可以继续加载，而且沿板件宽度方向压应力呈马鞍形分布，直到板件边缘应力达到屈服极限fy（图8.14）而丧失承载能力。为了利用板件的屈曲后强度，引进板件的有效宽度bef的概念：

很明显，其物理意义是用bef和fy通过静力等效的原则来刻画板件的承载能力。显然，有效宽度作为板件的承载能力的标志，与板件的约束条件（图8.15）和端部作用应力及其分布方式（图8.16）有关。

85板件支承条件图

—两边支承板件；—一边支承、一边卷边；—一边支承、一边自由端部应力分布方式

a）均匀受压；b）非均匀受压

861.两边支承板件的有效宽度计算

均匀受压（8.26）式中b、t——板件的宽度、厚度；σ、E——板件的作用应力（按毛截面计算）、弹性模量非均匀受压

（8.27）

（8.28）（8.29）

式中

σμ——板件的极限强度；σmax——板件承受的最大压应力（按毛截面计算）；σmin——与最大压应力相对的板件另一边缘处的应力（按毛截面计算），压应力为正，拉应力为负。

872.一边支承、一边卷边的均匀受压板件

有效宽度计算

（8.30）

另外，卷边的最小宽厚比a/t应按表8.6控制（其中b/t是截面的宽厚比），以保证其作为边加劲肋的必备刚度。同时其宽厚比亦不宜超过12，以保证其具有足够的抗局部屈曲的能力。

卷边的最小宽厚比a/t

b/t15202530354045505560a/t5.46.37.28.08.59.09.510.010.511.088对于一边支承、一边卷边的非均匀受压板件和一边支承、一边自由的（均匀与非均匀）受压板件，通常不进行有效宽度计算，而以容许宽厚比加以限制式中ξ——系数，与α=（σmax-σmin）/σmax有关，见下表8.7。如果α>2.0，ξ取α=2.0的值。

以上关于有效宽厚比bef/t的计算公式，大部分均已制成使用更方便的表格，详见《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）。89ξ值表（N/mm2）

α一边支承一边卷边σmax在支承边一边支承一边卷边σmax在卷边边一边支承一边自由σmax在支承边一边支承一边自由σmax在自由边0.0——550.21714760.43416860.653171170.870181581.096202381.2118303691.41403847101.61664550111.81894652122.0200475413

903.对于圆管，当外径d与壁厚t满足下列要求时，

可认为截面全部有效

（8.32）

按以上公式确定组成截面的各板件的有效宽度后，组合各板件的有效宽度范围内的截面部分就得到有效截面。下图所示的阴影部分的总和就是截面的有效截面。在确定有效截面时要注意以下两点：1）受拉板件全截面有效。2）对于一边支承、一边卷边的非均匀受压板件以及一边支承、一边自由的（均匀与非均匀）受压板件，通常尽量选择尺寸不超过容许宽厚比，以使全截面有效。如果因某种原因，无法调整尺寸满足容许宽厚比，则对于一边支承、一边自由的均匀受压板件由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）可确定其有效宽厚比；而对于一边支承、一边卷边的非均匀受压板件可近似地当作压应力为σmax的均匀受压板件确定其有效宽厚比。

91有效截面92二、板件的最大宽厚比

和屈服后强度利用板件最大宽厚比限值

工字形截面构件受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比：（8.33）工字形截面构件腹板的计算高度h0与其厚度tw之比：

（8.34）板件屈曲后强度的利用工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化不超过60mm/m时可考虑屈曲后强度，其抗剪承载力设计值Vd应按下列公式计算：（8.35）

93式中

fV

——钢材抗剪强度设计值；hw

——腹板高度，对楔形腹板取板幅平均高度；λw——与板件受剪有关的参数；fV’——腹板屈曲后抗剪强度设计值。（8.37）（8.38）

式中

kτ——受剪板件的凸曲系数，当不设横向加劲肋时取kτ=5.34，

a——加劲肋间距，当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a宜取hw~2hw。（8.36）94腹板的有效宽度取值当工字形截面构件腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算截面特性。腹板有效宽度he的计算如下：截面全部受压时

he=ρhw

（8.40）

截面部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有效宽度为he=ρhc

（8.41）式中hw为腹板高度，tw为腹板厚度。hc为腹板受压区宽度；ρ为有效宽度系数，由下式确定95（8.42）

（8.43）（8.44）

（8.45）式中β——截面边缘正应力比值（图8.18），-1≤β≤1；kσ——杆件在正应力作用下的凸曲系数。

当板边最大应力σmax<f时，计算λp可用γRσmax代替式（8.43）中的fy。γR为抗力分项系数，对Q235钢和Q345钢，γR=1.1。组成有效宽度的两部分在截面上是不等长的，依应力状态，两部分的长度he1和he2由下式确定（上页图）96当截面全部受压，即β>0时

（8.46）

（8.47）当截面部分受拉，即β<0时

（8.48）

（8.49）

97三、刚架构件强度计算和加劲肋的设置1.工字形截面受弯构件

工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M共同作用下的强度，应符合下列要求：

（8.50）

当截面为双轴对称时

（8.51）式中Mf——两翼缘所承担的弯矩；We——构件有效截面最大受压纤维的截面模量；Me——构件有效截面所承担的弯矩，Me=Wef；Af

——构件翼缘的截面面积；Vd——腹板抗剪承载力设计值，按式（8.35）计算。982.工字形截面压弯构件

工字形截面压弯构件有剪力V、弯矩M和轴压力N共同作用下的强度，应符合下列要求：（8.52）当截面为双轴对称时（8.53）式中Ae——构件有效截面面积；——兼承压力N时两翼缘所能承受的弯矩。993.梁腹板加劲肋的设置梁腹板应在与中柱连接处，较大集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋。梁腹板利用屈曲后强度时，其中间加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的压力外，还应承受拉力场产生的压力。该压力应按下列公式计算：

（8.54）

（8.55）式中Ns——拉力场产生的压力；τcr——利用拉力场时腹板的屈曲剪应力；λw——参数，按式（8.37）计算。当验算加劲肋稳定性时，其截面应包括每侧15宽度范围内的腹板面积，计算长度取hw。100四、刚架柱的验算1.抗剪强度验算（8.35）2.抗弯强度验算（8.50）（8.52）3.变截面柱在刚架平面内的稳定性计算1).变截面柱在刚架平面内稳定计算公式2).计算长度的确定4.变截面柱在刚架平面外的稳定性计算1013.变截面柱在刚架平面内稳定计算公式:

（8.56）

（8.57）式中N0——小头的轴向压力设计值。M1——大头的弯矩设计值。当柱的最大弯矩不出现在大头时，M1应取最大弯矩。Ae0——小头的有效截面面积。We1——大头有效截面最大受压纤维的截面模量。当柱的最大弯矩不出现在大头时，We1应取最大弯矩所在截面的有效截面模量。——参数，计算λ时回转半径i0以小头为准。βmx——等效弯矩系数。有侧移刚架柱的等效弯矩系数βmx取1.0。

x

——杆件轴心受压稳定系数，楔形柱可按下列方法确定构件的计算长度后，由现行国家标准《钢结构设计规范》（GB50017－2003）查得，计算长细比时取小头的回转半径。

1021)计算长度的确定:

截面高度呈线性变化的柱，在刚架平面的计算长度应取为为柱高，为计算长度系数。可由三种方法确定，即：查表法一阶分析法二阶分析法下列是查表法，其余见《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）第6.1.2条。查表法适用于手算，且用于柱脚铰接的刚架。

103柱脚铰接单跨刚架楔形柱的柱的线刚度K1和梁的线刚度K2，应分别按下列公式计算：

K2/K10.10.20.30.50.751.02.0≥10.00.010.4280.3680.3490.3310.3200.3180.3150.3100.020.6000.5020.4700.4400.4280.4200.4110.4040.030.7290.5990.5580.5200.5010.4920.4830.4730.050.9310.7560.6940.6440.6180.6060.5890.5800.071.0750.8730.8010.7420.7110.6970.6720.6500.101.2521.0270.9350.8570.8170.8010.7900.7390.151.5181.2351.1091.0210.9650.9380.8950.8720.201.7451.3951.2541.1401.0801.0451.0000.969104表中和式中Ico、Ic1——分别为柱小头和大头的截面惯性矩；s——半跨斜梁长度；——斜梁换算长度系数，由《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录D图D.0.2（a）~（e）的曲线查得。当梁为等截面时，=1。Ib0——梁最小截面惯性矩；105多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，

边柱计算长度

106式中

——计算长度系数，

——放大系数；P1i——摇摆柱承受的荷载；Pfi——边柱承受的荷载；h1i——摇摆柱高度；hfi——刚架边柱高度。

摇摆柱的计算长度系数取1.0。上述公式中，系数适用于屋面坡度不大于1:5的情况，超过此值时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响。

对于带毗屋的刚架，可近似地将毗屋柱视为摇摆柱，此时主刚架柱的系数查表得，并应乘以按公式（8.61）计算的系数。计算时，P1为毗屋柱承受的竖向荷载，Pf为主刚架柱承受的荷载。1074.变截面柱在刚架平面外的稳定计算

变截面柱在刚架平面外的稳定计算应符合下列规定：

式中N0——所计算构件段小头截面的轴压力。M1——所计算构件段大头截面的弯矩。y——轴心受压构件弯矩作用平面外的稳定系数，以小头为准。按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017－2003的规定采用，计算长度取纵向柱间支撑点间的距离。若各段线刚度差别较大，确定计算长度时可考虑各段间的相互约束。by——均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数，双轴对称的工字形截面杆件按式（8.65）计算。

t——等效弯矩系数；对一端弯矩为0的区段，对两端弯曲应力基本相等的区段，——在刚架平面内以小关为准的柱的参数。108（8.65）

（8.66）

（8.67）

（8.68）式中A0、h0、Wx0、t0——分别为构件小头的截面面积、截面高度、截面模量、受压翼缘厚度；Af

——受压翼缘截面面积；iy0——受压翼缘与受压区腹板1/3高度组成的截面绕y轴的回转半径；——构件的楔率，=（d1/d0）-1.0，且不大于0.268l/d0及6.0；

d1、d0——分别为构件的小头截面高度和大头截面高度；

l——楔形构件计算区段的平面外计算长度，取支撑点间的距离。

当两翼缘截面不相等时，在式（8.65）中应参照现行国家标准《钢结构设计规范》（GB50017）公式（附B-1）加上截面不对称影响系数b项。当按式（8.65）算得的值大于0.6时，应按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB50017）的规定查出相应的代替b值。

109五、刚架梁和隅撑设计刚架梁抗剪强度验算（8.35）刚架梁抗弯强度验算（8.50）（8.52）刚架梁的稳定性计算实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，在平面外应按压弯构件计算稳定。刚架斜梁的出平面计算长度，应取侧向支承点间的距离；当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。隅撑设计110隅撑设计：当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。斜梁不需计算整体稳定性的侧向支承点间最大长度，可取斜梁受压翼缘宽度的16倍。隅撑应按轴心受压构件设计。轴心力N可按下列公式计算：（8.69）当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取按公式（8.69）计算值之半。隅撑宜采用单角钢制作。隅撑可连接在刚架构件下（内）翼缘附近的腹板上（隅撑图1），距翼缘不大于100mm处，也可连接在下（内）翼缘上（隅撑图2）。在檐口位置，刚架斜梁柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处，应各设置一道隅撑。在斜梁下翼缘受压区应设置隅撑，其间距不得大于相应受压翼缘宽度的16倍。如斜梁下翼缘受压区因故不设置隅撑，则必须采取保证刚架稳定的可靠措施。

111隅撑连接（1）112隅撑连接（2）113§8.6门式刚架的连接和节点设计焊缝连接刚架梁与柱连接及刚架梁连接梁柱节点域柱脚节点设计牛腿屋面：屋脊、檐口、拉条墙体：墙梁、门窗1141.焊缝连接

当被连接板的最小厚度大于4mm时，其对接焊缝、角焊缝和部分熔透对接焊缝的强度，应分别按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的规定计算。当最小厚度不大于4mm时，正面角焊缝的强度增大系数f取1.0。腹板厚度不大于4mm的T形连接，可采用双面断续角焊缝、高频焊接或其它可靠方法。

当连接板件的最小厚度不大于4mm时，喇叭形焊缝的抗剪强度按下式计算：（8.70）式中N——通过焊缝形心的轴心拉力或轴心压力；t——被连接板件的最小厚度；lw——焊缝的有效长度；f、——被连接板件钢材抗拉强度设计值及折算系数，

N作用线垂直于焊缝轴线方向时，取=0.8；N作用线平行于焊缝轴线方向时，取=0.7。

115当连接板的最小厚度大于4mm时，单边喇叭形焊缝抗剪强度按下式计算：

（8.71）式中

hf——焊缝的焊角尺寸，如图所示；——角焊缝抗剪强度设计值及其折减系数，N作用线垂直于焊缝轴线方向时，取=0.75；N作用线平行于焊缝轴线方向时，取=0.7。单边喇叭形焊缝的焊角尺寸hf不得小于被连接板件的厚度。在组合结构中，组合件的喇形焊缝可采用断续焊缝，但其长度不得小于8t和40mm，断续焊缝间的净距不得大于15t（受压构件）或30t（受拉构件），t为焊件的最小厚度。

1162.刚架梁与柱连接及刚架梁连接门式刚架梁与柱的连接，可采用三种形式:端板竖放（图a）、端板平放（图b）和端板斜放（图c）。刚架拼接时宜使端板与构件外边缘垂直（图d），端板连接应按所受最大内力设计。当内力较小时，应按能够承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。

117118主刚架构件的连接应按采用高强度螺栓；吊车梁与制动梁的连接宜采用高强度螺栓摩擦型。吊车梁与刚架的连接处宜设长圆孔。高强度螺栓直径可根据需要选用，通常采用M16~M24螺栓。檩条和墙梁与刚架斜梁和柱的连接通常采用M12普通螺栓。端板连接的螺栓应成对地对称布置。在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均应设置，并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近，为此应采用将端板伸出截面高度范围以外的外伸式连接。当螺栓群间的力臂足够大（例如在端板斜置时）或受力较小（例如某些斜梁拼接）时，也可采用将螺栓全部设在构件截面高度范围内的端板平齐式连接（上图b、c）。螺栓中心至翼缘板表面的距离，应满足拧紧螺栓时的施工要求，不宜小于35mm。螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径。119端板竖放时的螺栓和檐檩在门式刚架中，受压翼缘的螺栓不宜少于两排。当拉翼缘两侧各设一排螺栓尚不能满足承载力要求时，可在翼缘内侧增设螺栓（图8.25），其间距可取75mm，且不