门式钢架钢结构设计书
第一篇：门式钢架钢结构设计书
门式钢架结构厂房施工组织设计
技术标
施 工 组 织 设 计
一、工 程 概 况
建设单位：山西晋煤集团金鼎煤机矿业有限责任公司 建设地点：晋煤集团寺河刘庄场地
设计单位：山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司 质量要求: 合格
工期要求：计划2010年10月29日开工，2011年9月3日竣工，
总工期215个日历天(2010年12月1日至2011年3月5日为冬季停工期)。
工程范围：招标文件工程量清单及对应施工图纸上所有工作内容。 工程概况：本工程为山西晋煤集团金鼎煤机矿业有限责任公司西区检修基地一期工程工程。本工程分为支架修理车间及附属楼、采掘设备修理车间及附属楼、电气车间及附属楼六个单体工程。总建筑面积为13497.21平方米，其中支架修理车间建筑面积4664.67平方米;支架修理车间附属楼建筑面积739.62平方米;采掘设备修理车间建筑面积4664.67平方米;采掘设备修理车间附属楼建筑面积739.62平方米;电气车间建筑面积2331.3平方米;电气车间附属楼建筑面积357.33平方米。
1、支架修理车间为门式刚架钢结构厂房，两连跨，建筑层数为一层，建筑总高度为16.270米。双坡屋顶，坡度1/16。墙体及维护工程，±0.000以下采用M5水泥砂浆，Mu10粘土实心砖砌筑;±0.000以上到+1.100采用M5混合砂浆，Mu10粘土实心砖砌筑;+1.100m以上采用75mm厚聚氨酯夹芯板。屋面板为75mm厚聚氨酯彩色夹芯板，基板厚度不应小于0.6mm。
第二篇：钢结构厂房门式钢架钢结构结构设计及应用
摘要：本文针对门式钢架钢结构在钢结构厂房中的普遍应用，主要分析了门式钢钢架钢结构设计应用注意问题，门式钢架钢结构发展及除锈防护。
关键词：门式钢架;钢结构;设计应用
我国钢结构已经发展很多年，特别是近些年来发展日趋完善。轻型门式钢架钢结构因为其自身具有的特点而受到钢结构厂房施工的普遍应用，本文重点对其进行研究。
一、门式钢架钢结构概述
门式钢架结构在钢结构厂房、仓库、商场中广泛应用，高层建筑中钢架结构也越来越受到重视。各类维护结构以及没有梁柱的弯顶也大量应用的薄壁彩钢板;各文化体育类型的公共建筑物中应用的钢管汇交直接焊接以及较高强度组合拉索机构;薄壁冷弯钢截面除了利用檩条在维护结构构件应用之外还可以成为构件受力的主要结构。钢架钢结构一般是指梁和柱的直线类型经过连接的节点刚性结构。工程项目中经常将铰接梁柱间的结构单层称之为排架，多跨多层的钢架类型结构则称之为框架。钢结构单层钢架厂房通常采用轻钢门式的钢架钢结构。住宅建筑物钢框架钢结构常常使用的两种结构支撑类型分别是箱型焊接截面或者是H型钢。其特点主要是具有较小的自重，良好的抗震性能以及较快的施工速度。框架结构的受力特征在荷载方面的体现是承受了水平与竖向荷载;传递竖向荷载的路线是从平板楼盖现浇到梁上的距离，之后向钢柱传递。
二、门式钢架钢结构设计应用
(一)柱网设计要求
钢结构厂房门式钢架钢结构设计首先应当按照生产工艺要求对柱网施工进行确定，尽量达到生产使用的要求，根据实际情况对钢架的跨度、高度以及设计实践确定柱网，在设计门式钢架柱网时获得以下结论：在完整一致的荷载情况下，檀高度是6米，柱距离是7米半，钢架单位跨度距离范围是18米到30米之间，钢用量大概是18到28kg/m2，当单位钢架跨度间距离大概是21到48 米时，钢用量是在25到40kg/ m2，厂房高度是12米，跨度达到48米以上时一般可用多跨类型钢架，相较于单跨类型钢架要节省18%的用钢量，因此门式钢架钢结构设计时应当按照实际情况选择经济型跨度，不适合盲目性的选择较大跨度。对于设计门式钢架钢结构来说，最重要的部门就是用钢量。
(二)作用门式钢架钢结构荷载值
作用于门式钢架钢结构的荷载一般包括：竖向与水平向的荷载、地震荷载。因为轻型钢结构具有较轻的自重，因此地震产生的反应也比较轻，针对这点来说抗震效果是很好的。
(三)计算钢架侧移内力
1.计算内力方法：针对门式变截面钢架结构来说，利用弹性分析法对各种内力实施确定，塑性分析法的使用仅在钢架拥有全部等截面钢柱时。门式钢架变截面计算内力一般利用单元杆系有限元方法。地震产生的效应作用可以利用剪力底部方法实施确定。按照荷载不同的组合情况分析内力结果，找出截面受控的内力组合，将截面的位置控制在柱底连接柱顶以及梁跨中的截面。2.计算侧移的方法：门式钢架变截面柱顶产生的侧移应当利用弹性分析确定，计算过程中获取标准荷载值，对于分享荷载系数不需要考虑。
(四)设置拉条、檩条和撑杆
1.设置檩条。檩条是属于弯双向结构构件，对其内力实施分析应当按照两个型心主轴截面计算弯矩。设计过程中，应计算檩条的强度、整体性稳固与变形情况。设计檩条过程时，需要对檩条的薄壁冷弯构件，板件受压与压弯的宽度比例，受力产生时应保持的屈曲，计算强度时应合理利用的有效宽度实施控制，对于原来截面需消弱。与此同时计算强度时应采用净断面，可以考虑使用消弱钉孔。
2.拉条设计：拉条设置与否取决于檩条在侧向上的刚度，对于H型轻型钢的较大侧向刚度以及桁架式空间檩条通常不会设置拉条。针对刚度比较差的侧向实腹式与桁架平面式檩条，为了能够减少安装应用檩条过程中产生的侧向变形，保持整体性的稳固，通常将拉条设置在檩条之间，作为侧向上的支撑点。当檩条具有的跨度在4米之内时，可以根据计算最终结果判定拉条设置与否，当檩条具有的跨度在4米之外时，在跨中檩条适合设置一道拉条。
3.撑杆设计：撑杆檩条的重要作用是对天窗缺口与檐檩位置向上或向下边檩弯曲侧向。撑杆具有的长细比例根据压杆的实际要求，可以使用方钢管、角钢制作，撑杆位置，应同时设计斜拉条。
三、门式钢架钢结构设计应用注意问题 (一)控制房脊垂直程度
框架竖向斜梁的限值挠度一般规定为1/180，过去对中下垂度是否验算并没有明确规定。根据目前的新规定是需要计算的，通常要分段进行构件，利用等截面实施计算，每一段都需要在水平与竖向进行计算，不能比允许数值大，等同于对跨中垂度实施的验算
(二)砼柱与钢柱的结合问题
门式钢架钢结构设计中，部分会利用斜梁轻钢与混凝土柱结合，斜梁采用端板竖放式连接砼柱的预埋式螺栓，组成钢接，目的是想要节约钢材以及造价。在门式钢架钢结构中的框架有钢柱与砼柱组合，这个情况下梁柱只能采用铰接，不适合钢接。高层建筑物中的钢墙连接也是这样。因此，需要注意排架由钢梁与砼柱组合是允许的，可是将刚架中的钢柱用砼柱替代，不改变钢梁是不允许的。
(三)檩条存在的计算问题
檩属于薄壁冷弯结构件，压弯或是受压板件具有比较大的宽度比，在受力产生时应屈曲，计算强度需利用有效的宽度，对于原来的截面要实施减弱，不需做到全截面都有效。一般情况下设计人员对计算强度的净断面容易忽略，忽视了钉孔的减弱。这种类型的减弱一般会在6-15%之间，对于截面窄小的梁会产生比较大的影响。按照相关规定，钢架构件具备的受拉强度应按照净截面进行计算，受压强度应当按照有效的截面实施计算，稳定特性应当按照有效截面进行计算。
四、门式钢架钢结构发展及除锈防护
(一)门式钢架钢结构发展应用
可以在高性能钢材方面实施应用研究，提升强度与抗腐蚀性，经济断面类型的钢材，例如H型钢、钢板压型、方管等。可以在结构方面实施革新应用，对于空间结构、组合结构以及高层钢类型结构等方面的创新研究。理论优化以及计算机设计的辅助应用。深入研究极限状态，防止特殊荷载情况下出现的实效结构等。
(二)门式钢架钢结构除锈防护
选择对钢结构除锈方法中，其中在小型低要求构件中适合手动除锈，除锈并不彻底。相对厚实的构件使用喷砂除锈，这个方法非常彻底干净。薄壁构件或者不适合使用喷砂除锈的可以利用酸洗方法，除锈效果良好。对于钢结构采用的防护主要有防火、防腐及隔热。钢结构有关的设计规定，需要在设计方案中明确指出对钢材实施的除锈级别以及涂层涂料具备的厚度，在地面以下的柱脚应当充分利用混凝土实施包裹，发生腐蚀的柱脚不适合在地下埋入，保护钢结构的层厚应按照建筑物的耐火程度实施设计，受到高温影响，应按照情况的不同设计相应的防护隔热措施。
结束语
在门式钢架钢结构设计应用中，应合理分配与把握设计关键，能够有效的节省钢材的用量。门式钢架钢结构因为其具有的较轻重量、较低的构件等特点，在钢结构厂房建筑中被广泛的应用。
第三篇：《钢结构设计》(门式刚架)课程设计指导书范文
《钢结构设计》课程设计指导书 (门式刚架)
土木工程与建筑学院
《钢结构设计》课程设计指导书 绪言课程设计目的要求
课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过《钢结构设计》课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 《钢结构设计》课程设计题目
一、设计题目
某24m跨度厂房的门式刚架设计，刚架柱、梁均采用等截面(或变截面)。
二、设计任务
1、选择钢屋架的材料;
2、柱网及屋面结构布置(包括支撑体系布置);
3、门式刚架选型;
4、确定门式刚架梁、柱截面形式，并初估截面尺寸;
5、钢屋盖及支撑的布置;
6、钢屋架的结构设计;
7、绘制门式刚架施工图及材料表。
三、设计资料
建造于某市的轻工厂房，建筑面积1500m2厂房平面及剖面如图所示，据生产要求无吊车，屋面采用0.6mm厚镀锌压型彩涂板，刚架柱、梁均采用等截面(或变截面)，柱梁节点处为构造加腋(视为刚接，计算时可不考虑加腋之影响)，柱与基础为铰接，拟在刚架平面外设柱间支撑及檩条端部隅撑，在a,b点分别提供柱梁的侧向支撑点，设计时考虑积灰荷载0.4kN/m2，该地区的基本雪压为0.5kN/m2, 基本风压为0.5kN/m2，轻质屋面，屋面活荷载取0.4kN/m2。檩条及支撑重0.2kN/m2，刚架斜梁自重0.2kN/m2;轻质墙面及柱自重(包括柱、墙骨架)0.7kN/m2。
刚架简图及其风荷载体型系数
(a)平面图(b)刚架简图(c)刚架风荷载体型系数 门式刚架设计计算
一、材料选择
刚架结构中所采用的钢材应符合国标要求，一般采用Q235钢或Q345钢，Q345钢多用于刚架斜梁与柱，但当构件是以变形控制时应慎用。焊条可选用E43型，手工焊。
二、结构平面布置
结构平面布置主要是确定刚架的柱网布置。柱网布置首先应满足工艺要求，面积大的厂房考虑温度区段的控制，依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：“纵向温度区段不大于300m;横向温度区段不大于150m;当有计算依据时温度区段可适当加大”。 门式刚架的柱距的选择应依据屋面的受载情况与功能要求综合确定，并应满足工艺要求，一般宜采用6-9m的柱距。柱距的选择合理与否直接影响结构单位面积的耗钢量，经济柱距的选择不应仅从刚架的用钢量进行评价，而应计及檩条与墙梁的用钢指标进行综合评估。 在多跨刚架中，当由于工艺要求或建筑功能需要局部抽掉边柱或中柱时，可在相邻柱间设置托梁或托架支承。
三、门式刚架选型
刚架的选型应同时满足建筑和结构上的要求，对工业建筑如厂房、仓库等应遵循“形式服从功能”的基本原则，而对于一些民用建筑和公共建筑，刚架的选型则应服从建筑设计要求。刚架选型的内容包括跨度大小和数量的确定及刚架截面形状的选择。刚架选型考虑的主要因素包括：房屋尺寸(长、宽、高)、屋面坡度、所需柱网的柱间净距、跨度、房屋的功能要求及拟采用的屋面与墙面材料等。
单跨刚架多用于横向空间要求不太大的建筑，适用于要求无障碍工作情况下的建筑，如影剧院、体操房、机房等，一般来说，其跨度在18-36m。单跨刚架多采用焊接“工”字型截面或轧制H型截面。合理截面是依据其弯矩图确定变截面梁柱高度，此类截面用钢量较小，具有良好的经济性，但制造过程相对复杂。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。 多跨刚架，亦称为连续柱刚架或多元刚架。多跨刚架从理论上讲对房屋的宽度尺寸没有限制，但当宽度超过一定限度时应设置伸缩缝。多跨刚架通常是大型建筑物的备选方案之一，多跨刚架由于使用连续刚架，因此较为经济。多跨刚架不利之处是对不均匀沉降敏感，在沉降较大的软土场上使用时应详细考察基础的沉降情况。同时，多跨刚架内柱的位置在建成后不易改变，故还应考虑未来设备布置改变的情况。多跨刚架截面选择类似于单跨刚架，但中柱一般采用等截面。
四、支撑系统
门式刚架钢结构中，支撑系统可分为屋盖水平支撑、柱间支撑及其隅撑。
支撑系统应能明确、合理简捷地传递纵向水平荷载，尽量缩短传力途径;并保证结构体系的整体稳定性，为结构和构件提供侧向支撑点;方便结构的安装;满足必要的强度、刚度要求，须具有可靠的连接。
一般情况下，门式刚架房屋均需设置屋盖横向水平支撑，以传递山墙水平风荷载，对于此类支撑的设置《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》给出了具体的规定。对于一些结构形式复杂的建筑，如存在局部抽柱、局部突出及平面布置不规则的结构，除设置屋盖横向水平支撑外，还需设置纵向支撑，以提高结构的整体性，同时调整刚架的内力分布。纵向支撑的设置应具有连续性，同时必须保证具有明确的传力路径。 柱间支撑一般应设置在柱列的中部。柱顶水平系杆需设计成刚性系杆，以便将屋盖水平支撑所承受的荷载传递到柱间支撑上。如建筑物较长，可增设柱间支撑。当有两道柱间支撑时，宜分别放在纵向1/3处。
隅撑是实腹式门式刚架轻型号钢结构房屋中特有的构件。隅撑设置在刚架斜梁下翼缘与檩条之间或刚架边柱内翼缘与墙梁之间。对刚架斜梁和刚架边柱的稳定性起支撑作用。
五、檩条与墙梁
檩条的布置较为简单，当跨度不超过9.0m时，通常檩条直接搁置在刚架斜梁上，并通过檩托与斜梁连接。当刚架间距即檩条跨度较大时(如超过12.0m)，若两端仍采用斜梁支承，则可能导致设计不经济，此时可考虑增设托梁、斜梁或增设檩条梁、次梁以减小檩条跨度。檩条的间距依屋面板材料的力学性能和屋面荷载的大小而定，一般在1.0-1.5m范围内。在檩条间应根据檩条跨度设置拉条和撑杆等构件。 墙梁的布置原则与檩条类似，此不赘述。
六、分析模型的建立
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，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
350 250
吊车梁与吊车桁架以下的柱间支撑
300 --
其他支撑(张紧的圆钢或钢铰线支撑除外)
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/b≤6.5。 (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。
七、荷载和内力计算
(一)荷载计算
设计门式刚架结构所涉及的荷载，包括永久荷载和可变荷载。 (1)永久荷载
永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、场面构件和刚架自身等。 (2)可变荷载 屋面活荷载
当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布括荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取0.5kN/m2;对受荷水平投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取0.3kN/m2。设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载(人和小工具的重力)，其标准值为1kN。
屋面雪荷载和积灰荷载
屋面雪荷载和积灰荷载的标准值应按《荷载规范》的规定采用，设计屋面板、檩条时并应考虑在屋面天沟、阴角、天窗挡风板内和高低跨连接处等的荷载增大系数或不均匀分布系数。 吊车荷载
包括竖向荷载和纵向及横向水平荷载，按照《荷载规范》的规定采用。 地震作用
按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的规定计算。 风荷载
按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录A的规定，垂直于建筑物表面的风荷载可按下列公式计算：
(二)荷载效应组合
荷载效应的组合一般应顺从《荷载规范》的规定。针对门式刚架的特点，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》给出下列组合原则：
(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)积灰荷载应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他荷载同时考虑： (4)多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定;
(5)当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。 在进行则架内力分析时，所需考虑的荷载效应组合主要有： (1)1.2×永久荷载+ 0.9×1.4×(积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载})+0.9×1.4×(风荷载+吊车竖向及水平荷载); (2)1.0×永久荷载+ 1.4×风荷载
组合(1)用于截面强度和构件稳定性计算。在进行效应叠加时，起有利作用者不加，但必须注意所加各项有可能同时发生。为此，不能在计入吊车水平荷载效应的同时略去竖向荷载效应。组合(2)用于锚栓抗拉计算，其永久荷载的抗力分项系数取1.0。当为多跨有吊车框架时，在组合(2)中还应考虑邻跨吊车水平力的作用。
由于门式刚架结构的自重较轻，地震作用产生的荷载效应一般较小。设计经验表明：当抗震设防烈度为7度而风荷载标准值大于0.35kN/m2，或抗震设防烈度为8度而风荷载标准值大于0.45kN/m2时，地震作用的组合一般不起控制作用。
八、杆件截面设计
刚架截面校核包括：刚架柱与斜梁两部分。由于受压强度验算按有效净截面，稳定性验算要采用有效截面，因此在校核截面承载力前需确定构件的有效截面。
刚架柱为压弯构件，主要承受弯矩、轴力作用，剪力一般相对较小。压弯构件截面承载力的验算包括强度验算和稳定性验算，其中稳定性验算可分为整体稳定性验算与局部稳定性验算。按弹性状态设计式，局部稳定性验算多由构件的板件的宽厚比或高厚比控制。整体稳定性可分为平面内稳定与平面外稳定两种情况。
实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，在平面外按压弯构件计算稳定性，强度与稳定计算可参照压弯刚架柱的计算公式。实腹式斜梁的出平面计算长度，应取侧向支撑点的距离;当斜梁两翼缘侧向支撑点间距离不相等时，应取较大受压翼缘侧向支撑点的距离。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撑，隅撑的另一端连接在檩条上。
九、节点设计
节点设计内容包括：刚架斜梁与柱的连接、斜梁的拼接和脊节点的连接及柱脚的连接。节点设计要求构件受力明确，传力路径清晰，计算模型与其实际受力状态相一致。
十、施工图
施工图是指导钢结构构件制造和安装的技术文件，同时也是编制工程预算的依据和工程竣工后的存档资料。因此，务须做到清晰、明确，准确无误，表达详尽。
1.施工图通常采用两种比例尺绘制。屋架杆件的轴线一般用1：20～1：30，而节点尺寸和杆件截面尺寸用1：10～1：15的比例尺绘制。对重要节点和特殊零部件还可加大些，以清楚地表达节点的细部尺寸。
2.施工图上应注明各零部件的型号和主要几何尺寸，包括加工尺寸(宜取5mm的倍数)、定位尺寸、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装的要求。定位尺寸主要有：节点中心至各杆件杆端和至节点板边缘(上、下和左、右)的距离、轴线至角钢肢背的距离等。螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。工厂制造和工地安装要求主要包括：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直径和焊缝尺寸等均应在施工图中注明。工地安装焊缝和安装螺栓应标注其符号。
3.施工图中的各零部件应加以详细编号，其次序按主次、上下和左右排列。完全相同的零部件用同一编号，如两个零部件形状和尺寸完全一样，仅因开孔位置或切角等不同，使两构件成镜面对称时，可采用同一编号而只须在材料表中用正、反字样注明，以示区别。
4.施工图上还应有文字说明。其内容主要有：钢材的钢号、焊条型号和焊接方法、质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸，防锈处理方法，以及运输、安装和制造要求等。此外，对一些在施工图上难以用图而宜用文字表达清楚的内容亦可用文字加以说明。 十
一、参考资料 1.中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范(GB50017-2003).中国建筑工业出版社，2003 2.中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范(GB50009-2001).中国建筑工业出版社,2006 3.中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-2001).中国建筑工业出版社, 2001 4.中华人民共和国国家标准.冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002).中国计划出版社, 2002 5.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).中国计划出版社, 2003 6.陈绍蕃顾强主编.钢结构(上册钢结构基础). 中国建筑工业出版社，2007 7.陈绍蕃主编.钢结构(下册房屋建筑钢结构设计). 中国建筑工业出版社，2007 8.董军,曹平周. 钢结构原理与设计. 中国建筑工业出版社，2008 9.魏明钟主编. 钢结构(第二版). 武汉理工大学出版社,2006
第四篇：单层轻型门式刚架结构的设计要点
单层轻型门式刚架结构的
设计要点
摘要： 本文介绍了单层轻型门式刚架结构的特点，并就整个结构体系的布臵、单个构件的设计要点、设计中应注意的一些 问题 做了系统阐述。
关键词： 轻型门式刚架结构 设计 计算 轻型门式刚架房屋结构在我国的 应用 大约始于20世纪80年代初期。近十多年来得到迅速的 发展 ， 目前 国内每年有上千万平方米的轻钢建筑工程，主要用于轻型的厂房、仓库、 体育 馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。
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臵支撑的一种轻型房屋结构体系。
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在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱多采用焊接H形变截面构件，单跨刚架的梁柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用;柱脚可与基础刚接或铰接;围护结构多采用压型钢板;保温隔热材料多采用玻璃棉。 1 单层轻型门式刚架结构的特点和设计中的注意事项
1.1 单层轻型门式刚架结构相对于钢筋混凝土结构具有以下特点：
(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
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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。
(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)柱网布臵比较灵活
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6米，当采用12米柱距时，需设臵托架及墙架柱。而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布臵不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。
1.2 设计中的注意事项
(1)由于门式刚架结构构件的抗弯刚度、抗扭刚度较小，
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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，防止构件发生弯曲和扭转变形。
(2)要重视支撑体系和隅撑的布臵，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。2 结构形式和结构布臵
2.1 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
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坡度宜取1/20~1/8。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。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。门式刚架上可设臵起重量不大于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。
2.2 结构布臵
2.2.1 刚架的建筑尺寸和布臵。
门式刚架的跨度宜为9~36m，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4.5~9m。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(当有计算依据时，温度区段可适当放大)。
2.2.2 檩条和墙梁的布臵
檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、
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屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般应等间距布臵，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布臵一道，在天沟附近布臵一道。侧墙墙梁的布臵应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设臵和围护材料的要求确定。
2.2.3 支撑和刚性系杆的布臵
(1)在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设臵能独立构成空间稳定结构的支撑体系。
(2)在设臵柱间支撑的开间，应同时设臵屋盖横向支撑，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。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30~45m，有吊车时不宜大于60m。
(4)当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设臵;当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设臵支撑。
(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臵应设臵刚性系杆。
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(6)在刚架的转折处(边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶)应沿房屋全长设臵刚性系杆。
(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臵钢管、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;当房屋中不允许设臵柱间支撑时，应设臵纵向刚架。3 刚架设计
3.1 荷载及荷载组合
3.1.1 永久荷载
永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。
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3.1.2 可变荷载
可变荷载包括屋面活荷载(设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为1KN)、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。
3.1.3 荷载组合
荷载组合一般应遵从《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2002的规定，针对门式刚架的特点，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:98给出下列组合原则：
(1)屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。
(2)积灰荷载应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他荷载同时考虑。
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(4)多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》的规定。
(5)当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。
3.2 刚架内力和侧移计算
3.2.1 内力计算
对于变截面门式刚架，应采用弹性 分析 方法 确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法(直接刚度法)编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。
根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位臵一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有：
(1)最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。
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(2)最大弯矩Mmax和同时出现的N及V的较大值。
(3)最小轴压力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。
3.2.2 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，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求，需采用下列措施之一进行调整：放大柱或(和)梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚;把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。
3.3 刚架柱和梁的设计
(1)梁柱板件的宽厚比限值和腹板屈曲后的强度利用。(主要包括梁柱板件的宽厚比限值验算、腹板屈曲后强度利用验算、腹板的有效宽度验算等 内容 )
(2)刚架梁柱构件的强度验算。
(3)梁腹板加劲肋的配臵。(梁腹板应在中柱连接处、较
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大固定集中荷载作用处和翼缘转折处设臵横向加劲肋)
(4)变截面柱在刚架平面内的计算长度确定。
(5)变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算。
(6)变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算。
(7)斜梁和隅撑的强度和稳定性计算。
(8)节点设计。(包括斜梁与柱的连接及斜梁拼接、柱脚设计、牛腿设计、摇摆柱与斜梁的连接构造等内容)4 辅属结构构件设计
4.1压型钢板设计
(1)压型钢板材料的选择可根据建筑功能、使用条件、使用年限和结构形式等因素考虑，钢板基板的材料有Q215钢和Q235钢，工程中多用Q235-A钢。
(2)压型钢板的截面形式较多，根据波高的不同，一般分为低波板、中波板和高波板。波高越高，截面的抗弯刚度就
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越大，承受的荷载也就越大。
(3)压型钢板的强度和挠度可取单槽口的有效截面按受弯构件 计算 。计算 内容 包括压型钢板腹板的剪应力计算、支座处腹板的局部受压承载力计算、挠度限值验算等。
(4)压型钢板尚应满足其他相关构造规定。
4.2檩条设计
(1)檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度不大于9m时，应优先选用实腹式檩条。
(2)檩条属于双向受弯构件，在进行内力 分析 时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。
(3)檩条应进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。
(4)檩条尚应满足其他相关构造规定。
4.3墙梁、支撑设计
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(1)墙梁一般采用冷弯卷边槽钢，有时也可采用卷边Z形钢。
(2)墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下，也是双向受弯构件。
(3)墙梁应尽量等间距设臵，在墙面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿处应设臵一道墙梁。为减少竖向荷载作用下墙梁的竖向挠度，可在墙梁上设臵拉条，并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱。
(4)墙梁可根据柱距的大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁。
(5)门式刚架结构中的交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆按压杆设计。
(6)刚架斜梁上横向水平支撑的内力，根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算，并计入支撑对斜梁起减少计算长度作用而承受的力，对于交叉支撑可不计入压杆的受力。
(7)刚架柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向风荷载
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按支承于柱脚的竖向悬臂桁架计算，并计入支撑对柱起减少计算长度而应承受的力，对于交叉支撑可不计压杆的受力。当同一柱列设有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可平均分配。5 小结综上所述，轻型门式刚架结构设计应遵守以下原则：
(1)保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构，它们在纵向构件、支撑和围护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在效应。
(2)明确各类外力从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的一致性。
第五篇：顶层为门式刚架的错层框架钢结构的分析与设计论文
摘 要：
本文以一个多层钢结构厂房为例，分析了顶层为门式刚架的错层钢结构框架房屋的结构布置、构造措施，对主要节点的设计进行了讨论。
关键词：
门式刚架;多层框架钢结构;错层
一、引言
随着钢结构在国内建筑行业中的应用越来越广泛，一种顶层为轻型屋面的刚架，以下楼层为多层钢框架结构的房屋形式使用越来越多。根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002(以下简称《门刚规程》)中1.0.2条的条文说明，“当多层建筑的顶层为门式刚架轻型房屋钢结构时，其设计、制作和安装可按本规程执行”【1】，即顶层的门式刚架可按照《门刚规程》设计，其下的多层钢框架结构设计应按照《钢结构设计规范》GB50017-2003【2】执行。它们之间的作用关系须充分考虑，故应整体建模来进行分析和计算。
在这种结构形式中，下层钢框架常出现夹层楼面开洞和局部楼面错层的情况。夹层楼面有大面积开洞时，须根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)【3】(以下简称《抗震规范》)3.4.3条进行建筑结构不规则特征判定，并依据其不规则特征进行相应结构设计。而错层结构则较为复杂，根据文献【4】，“所谓错层，就是楼板标高大于600mm以上，且超过梁高”，“错层的面积必须大于等于整个楼层面积的30%”，错层结构属于平面不规则，竖向也不规则的结构。错层结构不利因素有两方面：首先楼板相互错置，楼板协调结构整体受力的能力被大大削弱，楼板的相对错位会在构件中产生很大的变形内力;其次，一些部位由于楼板错层形成竖向短构件，其可能在同向受力中由于错层构件刚度大，而产生内力集中，不利抗震。【3】现以某多层钢结构厂房为例，进行分析。
二、工程概述及结构方案
本工程钢结构厂房区域长93.5m(8轴~19轴)，宽55 m，柱距11.5 m +8.5 m X8+7 m X2，跨度18.5 m +18 m +18.5 m，柱顶标高16.4m，其中8轴~15轴区域夹层标高11.5m，15轴~19轴区域夹层标高8m，屋面墙面围护结构采用钢结构檩条外铺压型钢板。基本风压为0.60 kN/m2，地面粗糙度是 B 类，雪荷载为0.8 kN/m2，抗震设防烈度是7度，设计地震分组是第3组，设计基本加速度值是0.10g，建筑场地类别III类，抗震设防类别是丙类，根据《抗震规范》8.1.3条，抗震等级为四级。
根据工艺要求，夹层楼面上有很多大开口，供设备安装与使用，故按图1进行框架结构平面布置，其中图(a)为11.5米标高平面，图(b)为8米标高平面。设备荷载不作用在框架构件上。11.5米标高和8米标高夹层平面按照两个标准层分别建模。夹层以上的结构主要承担轻型屋面荷载，荷载轻，故顶层钢柱与钢梁分别定义为门式刚架柱和门式刚架梁，采用支撑体系来保证结构整体刚度。支撑体系中的屋面水平支撑、系杆、柱间支撑等重要传力构件须在模型中表现出来。