第23章-门式刚架轻型钢结构

第23章门式刚架轻型钢结构轻型钢结构是当前采用较多的一种建筑结构形式，它是指以冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、薄钢板、薄壁钢管、轻型热轧型钢，及以上各种构件拼接、焊接而成的组合构件等为主要受力构件，并且大量采用轻质围护结构的建筑。它具有结构自重轻、加工制造简单、工业化程度高、运输安装方便、经济指标好等特点，应用范围很广。轻质屋面材料包括：压型钢板、太空板（发泡水泥复合板）、石棉水泥波形瓦、瓦楞铁、加气混凝土屋面板等。单层轻型钢结构房屋一般采用门式刚架、屋架、网架为主要承重结构。第23章门式刚架轻型钢结构

第23章门式刚架轻型钢结构

1．门式刚架门式刚架轻型钢结构主要是指承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架。刚架有单层和多层，单跨和多跨；刚架杆件有实腹式和格构式的。它能有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，造型简洁美观，构件规格整齐，工地安装方便，施工速度快等优点，是当前轻型钢结构主要结构形式。

2．屋架结构

当房屋跨度较大、高度较高时一般采用屋架结构。目前大量应用的压型钢板有檩体系和太空轻质大型屋面板无檩体系，多为平坡轻型屋面。门式刚架和屋架均为平面结构体系，为保证结构的整体性、稳定性及空间刚度，在每榀刚架和屋架间应设置纵向构件和支撑系统连接。

3．网架结构随着现代建筑不断地向大跨度大柱网方向发展，其结构形式亦从平面结构发展到空间结构，网架就是为了适应这种大跨度需要而发展起来的一种空间结构。网架整体性好、刚度大，能有效地承受地震等动力荷载，近几年发展迅速。23.1门式刚架轻型钢结构的特点与应用一、

门式刚架轻型钢结构的特点第23章门式刚架轻型钢结构

1.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10~30kg/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1/20~1/30。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。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。

2．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。第22章门式刚架轻型钢结构

3．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。

4．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、墙板尺寸的限制，柱距多为6m，当采用12m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，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。

5．刚度较差。受荷后产生挠度，用于工业厂房时，吊车起重量不能过大。二、门式刚架轻型钢结构的应用

门式刚架轻型房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期，仅有短短30多年发展历史。但从我国目前情况来看，门式钢架轻型钢结构已如雨后春笋般发展起来，大量单层工业厂房、多层工业厂房以及中小型商场、体育馆等建筑物争先恐后地应用这种结构形式。可以说，轻型钢结构房屋是近年来一项发展最快、应用最广结构形式之一。第22章门式刚架轻型钢结构23.2门式刚架轻型钢结构的组成及布置一、

门式刚架轻型钢结构的组成第22章门式刚架轻型钢结构门式刚架结构是梁、柱单元构件的组合体，它一般由结构（刚架、吊车梁）、次结构（檩条、墙架柱及抗风柱、墙梁）、支撑结构（屋盖支撑、柱间支撑）及围护结构（屋面、墙面）几个部件一起协同工作。门式刚架轻型结构组成如图23-2所示。在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖应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，外墙宜采用压型钢板墙板和冷弯薄壁型钢墙梁，也可以采用砌体外墙或底部为砌体、上部为轻质材料的外墙。主刚架斜梁下翼缘和刚架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。单层门式刚架轻型房屋可采用乙烯泡沫塑料、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，也可以采用带保温层的板材作屋面。第23章门式刚架轻型钢结构图23-2门式刚架的结构组成二、

门式刚架结构形式第23章门式刚架轻型钢结构

1．门式刚架分类

（1）按构件体系的不同，可分为实腹式和格构式。（2）按构件横截面的组成划分，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形截面，少数为Z形；格构式刚架横截面为矩形或三角形。（3）按刚架的跨度不同，其结构形式可分为单跨、双跨、和多跨。（4）按屋面坡脊数不同，可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。（5）按刚架结构材料，门式刚架可以有普通型钢、薄壁型钢、钢管或钢板焊接而成。第23章门式刚架轻型钢结构图23-3门式刚架的结构形式

第23章门式刚架轻型钢结构

2．实腹式门式刚架

实腹式门式刚架（图23-4）适用于荷载小、跨度为9～18m，柱高为4.5～9.0m，无吊车或吊车起重量较小的房屋。当跨度不超过15m，柱高不超过6m，以及按塑性理论设计时，宜采用等截面；当跨度大于15m，柱高为6m以上及有吊车时，宜采用变截面。图23-4门式实腹刚架第23章门式刚架轻型钢结构

3．门式格构刚架门式格构刚架（图23-5）通常用于荷载、跨度、柱高均较大的情况，如跨度大于或等于18m，柱高在7m以上，柱距为6m或大于6m以及有吊车的厂房。图23-5门式格构式刚架三、

门式钢架轻型钢结构的结构布置第23章门式刚架轻型钢结构

1．柱网布置

首先，柱网尺寸的确定应满足生产工艺要求。厂房是直接为工业生产服务的，不同性质的厂房具有不同的生产工艺流程，各种工艺流程所需主要设备、产品尺寸和生产空间都是决定厂房柱网尺寸的主要因素。其次，为使结构设计经济合理，厂房结构构件逐步统一，提高设计标准化、生产工厂化及施工机械化的水平，柱网布置还必须满足《厂房统一化基本规则》的规定：厂房跨度小于或等于18m时，应以3m为模数，即9m、12m、15m、18m；当厂房跨度大于18m时，以6m为模数，如24m、30m、36m，。但当对工艺布置和技术经济特别有优越性时，可取21m、27m、33m。厂房柱距一般采6m较为经济，当对工艺有特殊要求时，可局部抽柱，即取12m柱距；对某些有扩大柱距要求的厂房也可采用9m及12m柱距。门式刚架的跨度宜为9～36m，当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。门式刚架的柱距宜为6m，也可采用7.5m、9m、12m等，跨度较小时可用4.5m。门式刚架的高度，宜取4．5～9m，必要时可适当放大。挑檐长度可根据使用要求确定，宜为0.5～1.2m，其上翼缘坡度取与刚架斜梁坡度相同。第23章门式刚架轻型钢结构

图23-6柱网布置第23章门式刚架轻型钢结构

2．伸缩缝的布置

门式刚架轻型房屋的构件和围护结构，通常刚度不大，温度应力相对较小。因此其温度分区与传统结构形式相比可以适当放宽，但应符合下列规定：纵向温度区段<300m；横向温度区段<150m。当有计算依据时，温度区段可适当放大。当房屋的平面尺寸超过上述规定时，需设置伸缩缝，伸缩缝可采用两种做法：(1)设置双柱；(2)在搭接檩条的螺栓处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许涨缩。

对有吊车的厂房，当设置双柱形式的纵向伸缩缝时，伸缩缝两侧刚架的横向定位轴线可加插入距(图23-7)。图23-7轴第23章门式刚架轻型钢结构

3．托梁

当因建筑或工艺要求门式刚架柱被抽除时，应沿纵向柱列布置托梁以支承已抽位置上的中间榀刚架上的斜梁。托梁一般采用焊接工字形截面，当屋面荷载偏心产生较大扭矩时，可采用箱型截面或桁架。图23-8托梁的形式和尺寸。图23-8托梁的形式和尺寸第23章门式刚架轻型钢结构

4．檩条和墙梁的布置

屋面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檩条，使得屋面板的外伸宽度不要太长(一般小于<200mm)，在天沟附近应布置一道檩条，以便于天沟的固定。确定檩条间距时，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。侧墙墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、雨篷等构件和围护材料的要求。当采用压型钢板作围护墙时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距由墙板板型和规格确定，且不大于由计算确定的数值。第23章门式刚架轻型钢结构

5．支承和刚性系杆的布置

支撑和刚性系杆的布置应符合下列规定：

（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柱间。（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柱间时，在第一个柱间的相应位置应设置刚性系杆。6)在刚架转折处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任，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形钢或其他截面形式的杆件。（9）门式刚架轻型房屋钢结构的支撑宜用十字交叉圆钢支撑，如图23-9所示。图23-9门式刚架的支撑23.3门式刚架轻型钢结构的节点构造第23章门式刚架轻型钢结构

实腹式门式刚架一般在斜梁与柱交接处以及跨中屋脊处设置安装拼接节点，在柱脚基础处设置锚固节点。这些部位的弯矩和剪力较大，设计时应认真考虑，力求节点构造与设计简图一致，并有足够的强度、刚度和一定的转动能力。同时应使其制造、运输和安装方便。一、

端板节点构造第23章门式刚架轻型钢结构

1．门式刚架斜梁与柱的连接（a）端板竖放；

（b）端板平放；

（c）端板斜放可采用如图23-10所示三种形式，即采用端板竖放、端板平放和端板斜放。应符合下列要求：图23-10刚架斜梁的端板连接及斜梁的连接第23章门式刚架轻型钢结构

端板连接应按所受最大内力设计；当内力较小时，应按能承受不小于较小被连接截面承载力一半设计。为了满足强度需要，主刚架的连接宜采用高强度螺栓，其直径可根据需要选用，通常采用M16～M30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，如图22-10所示。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。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。螺栓端距不应小于螺栓孔径的2倍。第23章门式刚架轻型钢结构

图23-11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，如图23-11所示，其间距可取75mm，且不小于螺栓孔径的3倍。与斜梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度，当端板上两对螺栓间的最大距离大于400mm时，应在端板的中部增设一对螺栓。同时受拉和受剪的螺栓，应验算螺栓在拉、剪共同作用下的强度。第23章门式刚架轻型钢结构

2.斜梁与屋脊拼接节点图23-12斜梁拼接节点图23-13屋脊拼接节点斜梁在中间拼接时宜使端板与构件外边缘垂直（图23-12），在屋脊拼接时则应使端板垂直地面。屋脊拼接节点通常采用加腋式螺栓连接节点（图22-13）。加腋主要是螺栓连接节点构造的需要，同时，也可减小刚架的横向水平变位。但由于屋脊节点附近的弯矩变化比较缓慢，故对提高刚架承载能力，并不起直接作用。第23章门式刚架轻型钢结构

3.摇摆柱与斜梁的连接构造图23-14摇摆柱与斜梁的连接构造多跨刚架中采用上下两端均铰接的中间柱称为摇摆柱。摇摆柱自身的稳定性依赖刚架的抗侧移刚度，作用于摇摆柱中的内力将起促进刚架失稳的作用。摇摆柱与斜梁的连接比较简单，构造图见图23-14所示。第23章门式刚架轻型钢结构

4.檩条与刚架连接

图23-15斜卷边檩条的搭接宜采用搭接。带斜卷边的Z形檩条可采用叠置搭接，卷边槽形檩条可采用不同型号的卷边槽形冷弯钢套置搭接。带斜卷边Z形檩条的搭接长度2a（如图23-15）及其连接螺栓直径，应根据连接梁中间支座处的弯矩值确定。在同一工程中宜尽量减少搭接长度的类型。第23章门式刚架轻型钢结构

5.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（图22-15），也可连接在下（内）翼缘上（图23-16）。通常采用单个螺栓连接。隅撑与刚架构件腹板的夹角不宜小于45°。图23-16隅撑的连接

二、

柱脚节点构造第23章门式刚架轻型钢结构

1．门式刚架轻型钢结构的柱脚形式

有铰接柱脚和刚接柱脚两种。铰接柱脚与基础连接方式为支承式；刚接柱脚与基础的连接方式有支承式、埋入式、外包式三种。铰接柱脚和刚接柱脚各有优缺点，应合理选用。在一般情况下，当荷载较小，对横向水平变形要求不高时，宜采用铰接柱脚；反之（如有吊车时），应采用刚接柱脚，图

23-17，23-18，23-19。

第23章门式刚架轻型钢结构

（1）门式刚架铰接柱脚图23-17门式刚架工字形柱铰接柱脚

第23章门式刚架轻型钢结构图23-18门式刚架箱形柱铰接柱脚第23章门式刚架轻型钢结构（2）门式刚架支承式刚接柱脚图23-19门式刚架支承式刚接柱脚支承式刚接柱脚（图23-19），其柱顶的横向水平变形较小，但由于柱脚与基础连接处需要承受较大的弯矩，柱脚构造较复杂。第23章门式刚架轻型钢结构（3）插入式刚接柱脚插入式柱脚（图23-20），钢柱插入混凝土基础杯口的最小深度可按表23-1取用，但不宜小于500mm，亦不宜小于吊装时钢柱长度的1/20。插入式柱脚构造比传统柱脚简单，施工制作方便、省工节料，可使钢柱耗钢量节约15%，它有利于基础的整体稳定性和发挥自身的强度，近些年来，随着钢结构的应用越来越多，工程施工速度越来越快，插入式钢柱脚应用越来越广泛，大有取代传统的螺栓连接式柱脚趋势。

表23-1钢柱插入杯口的最小深度d

柱截面形式实腹柱双肢格构柱（单杯口或双杯口）最小插入深度d1.5hc或1.5dc0.5hc或1.5bc(或dc)较大值图23-20插入式刚接柱脚

注：1．hc为柱截面高长（长边尺寸）；5bc为柱截面宽度；dc为圆管柱的外径。

2．钢柱底端至基础杯口底的距离一般采用50mm，当有柱底板，可采用200mm。第23章门式刚架轻型钢结构（4）预埋入混凝土构件的埋入式柱脚及外包式柱脚预埋入混凝土构件的埋入式柱脚（图23-21），其混凝土保护层厚度以及外包柱脚外包混凝土的厚度均不应小于180m