门式钢架结构设计详解

关于门式钢架结构设计详解轻型房屋钢结构体系在传统观念中，一般指由圆钢、小角钢（∟45×4及∟56×36×4以下）组成的小型或小跨度屋架、钢架结构，采用砖墙、混凝土墙板和屋面板，多用于小型厂房、仓库或临时建筑。随着冷弯薄壁型钢和彩色压型钢板等新型围护结构和材料的出现，其概念已发生根本性变革，与传统钢结构相比，其“轻”主要体现在:第2页,共41页，星期六，2024年，5月采用轻质围护结构，大大减轻恒载，整体结构自重轻；采用标准化、自动化生产构件，现场装配，施工进度快；广泛用于大中小跨度、工业与民用建筑，空间布置灵活，建筑造型轻；可回收，符合环保及可持续发展原则。第3页,共41页，星期六，2024年，5月压型彩色钢板（板壁厚0.4～1.5mm）第4页,共41页，星期六，2024年，5月冷弯薄壁型钢（壁厚1.5～5mm）第5页,共41页，星期六，2024年，5月12门式刚架结构12.1概述

轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具有以下技术特征：

结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5～1/10(20～50kg/m2)，是一种经济可靠的结构形式。第6页,共41页，星期六，2024年，5月山墙抗风柱吊车梁天窗架第7页,共41页，星期六，2024年，5月轻钢结构工业厂房第8页,共41页，星期六，2024年，5月

正在建设中的多层轻钢结构厂房屋面板采用压型钢板，波浪造型的轻钢结构。屋面梁轻盈、活泼，克服了工业建筑造型单一、立面造型呆板的缺点。第9页,共41页，星期六，2024年，5月压型钢板外墙板第10页,共41页，星期六，2024年，5月主要承重骨架—门式刚架檩条、墙梁—冷弯薄壁型钢屋面、墙面—压型金属板、彩钢夹芯板屋面及墙面保温芯材—聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉等支撑—屋面支撑、柱间支撑

一、门式刚架结构的组成

第11页,共41页，星期六，2024年，5月单层轻型钢结构房屋的组成第12页,共41页，星期六，2024年，5月二、门式刚架结构的特点

重量轻(20～50kg/m2)工业化程度高、施工周期短柱网布置灵活综合经济效益高

第13页,共41页，星期六，2024年，5月门式刚架结构性能：1.门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。第14页,共41页，星期六，2024年，5月2.门式刚架的梁、柱多采用变截面杆件，可以节省材料。3.组成构件的杆件较薄，对制作、运输、安装的要求高。4.构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。

第15页,共41页，星期六，2024年，5月三、门式刚架结构的应用情况1.我国门式刚架设计标准：《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)

2.应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。

3.应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构建筑物竣工。中国工程建设标准化协会第16页,共41页，星期六，2024年，5月第17页,共41页，星期六，2024年，5月第18页,共41页，星期六，2024年，5月(1)屋面荷载较小，横向跨度为9～24m，柱高为4.5～9m。(2)没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。(3)当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚架形式。四、门式刚架的适用范围及截面形式第19页,共41页，星期六，2024年，5月柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好，受力合理、节省材料。变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。五、变截面刚架与等截面刚架的对比:六、柱脚形式:第20页,共41页，星期六，2024年，5月

刚接柱脚详图

刚接柱脚门式刚架变截面梁

铰接柱脚详图

铰接柱脚门式刚架变截面梁、柱第21页,共41页，星期六，2024年，5月

根据支座的构造，刚架分铰接与固接接两种，铰接时横梁弯矩较大，因此梁的截面应大些，柱一般做成变截面，基础较小。固接时刚架横梁截面较小，柱为不变截面，而基础较大。第22页,共41页，星期六，2024年，5月

选择支座是铰接还是固接，这不仅是经济上的考虑，而且土壤条件更是一个重要的因素。当土壤的压缩性为可疑或不可靠时，铰接支座比固接好，因为支座有任何位移时，对固接刚架内力的影响比铰接刚架的影响大得多，铰接刚架柱截面向上逐渐增大，目的是与弯矩的变化相适应。第23页,共41页，星期六，2024年，5月加劲板地脚螺栓

刚接柱脚工程实例第24页,共41页，星期六，2024年，5月浇入素混凝土保护地脚锚栓第25页,共41页，星期六，2024年，5月变截面刚架梁

等截面刚架柱第26页,共41页，星期六，2024年，5月12.2刚架的受力特点无铰刚架：柱脚与基础固接，三次超静定结构，刚度好，内力分布均匀。柱底有弯矩，对地基与基础要求高。地基的不均匀沉降会产生附加内力。两铰刚架：柱脚与基础铰接，结构内力大于无铰刚架。但基础不承受弯矩，设计、施工简单。但柱脚不均匀沉降会产生附加内力。三铰刚架：柱脚、屋脊处均为铰接，为静定结构。刚度较差，结构内力大。变形及不均匀沉降均不会产生附加内力。适用于小跨度和基础性能较差的工程建筑。第27页,共41页，星期六，2024年，5月

无铰刚架是超静定结构。结构刚度较大，但地基有不均匀沉降时，特使结构产生附加内力。三铰刚架是静定结构，地基有不均匀沉降时，对结构不会引起附加内力，但跨度大时，半榀三铰刚架的悬臂吊装内力也不少，而且三铰刚架的刚度也较差，故三铰刚架一般多用于小跨度(12米)和地基较差的情况。第28页,共41页，星期六，2024年，5月12.3门式刚架结构布置一、门式刚架的各种结构形式

门式刚架又称山形门式刚架。其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坡、双坡、多坡屋面。按截面形式分，有等截面与变截面。

结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素第29页,共41页，星期六，2024年，5月单跨单坡单跨双坡多跨（中间摇摆柱）高底跨双坡双跨门式刚架的各种结构形式多跨（梁柱刚结）四坡双跨摇摆柱高低跨单坡第30页,共41页，星期六，2024年，5月门式刚架的横梁与柱为刚接，柱脚与基础宜采用铰接；当水平荷载较大，檐口标高较高或刚度要求较高或有中重级工作制吊车时，柱脚与基础可采用刚接。变截面与等截面相比，前者可适应弯矩变化，节约材料，但在构造连接及加工制造方面，不如等截面方便，故当刚架跨度较大或房屋较高时才设计成变截面。第31页,共41页，星期六，2024年，5月二、门式刚架的结构布置1.刚架的建筑尺寸和布置

跨度：一般为9～24m

高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取4.5～9m

柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m，最大12m

挑檐长度：根据使用要求确定，宜为0.5～1.2m

温度分区：纵向温度区段＜=300m

横向温度区段<=150m第32页,共41页，星期六，2024年，5月

门式刚架的柱高与跨度的比例（高跨比H/L）是选型的主要参数。从结构观点看，由于柱高的减少将使推力增大，因而对三铰门架来说，最好的形式是高度大于跨度。但对两铰门架来说，由于跨中弯矩的存在，跨度稍大于高度就成为合理的了。总的来说，高跨比H/L＝0.75是比较合理的。第33页,共41页，星期六，2024年，5月2.檩条和墙梁的布置

檩条：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。屋面檩条布置实例第34页,共41页，星期六，2024年，5月

墙梁：墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。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层时，墙梁宜布置在刚架的外侧，其间距随墙板板型及规格而定。第35页,共41页，星期六，2024年，5月第36页,共41页，星期六，2024年，5月3.支撑和刚性系杆的布置原则：

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。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。屋面端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。第37页,共41页，星期六，2024年，5月柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30～45m；当有吊车宜设在温度区段中部；当温度区段较长时宜设在三分点处，间距常取40m～60m，且不宜大于60m；当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑；房屋高度较大时，柱间支撑要分层设置。第38页,共41页，星期六，2024年，5月端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第二柱间。当房屋内设有不小于5t的吊车时，柱间支撑宜用型钢；当房屋中不允许设置柱间支撑时，