1、2 概述2.1.3 單層門式剛架結構的組成 輕型鋼結構建筑形式多樣，近年來在我國得到了廣泛應用。門式剛架輕鋼結構、多層輕鋼結構是目前我國工業建筑市場需求量最大的兩種結構形式。 單層輕型門式剛架結構是指以輕型焊接H形鋼（等截面或變截面）、熱軋H形鋼（等截面）或冷彎薄壁型鋼等構成的實腹式門式剛架或格構式門式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼（槽形、Z形等）做檁條、墻梁；以壓型金屬板（壓型鋼板、壓型鋁板）做屋面、墻面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質聚氨酯泡沫塑料、巖棉、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當設置支撐的一種輕型房屋結構體系。 門式剛架其結構體系由屋蓋系統、柱子系屋蓋系統、柱子系統、吊車梁系

2、統、墻架系統、支撐系統統、吊車梁系統、墻架系統、支撐系統等部分組成單層輕鋼結構體系鋼梁鋼柱吊車梁橫向水平支撐柱間支撐檁條抗風柱柱間支撐剛架梁 剛架柱返回剛架柱山墻抗風柱墻梁檁條剛架梁2. 單層門式剛架結構的特點 質量輕質量輕 圍護結構采用壓型金屬板、玻璃棉及冷彎薄壁型鋼等材料組成，屋面、墻面的質量都很輕。根據國內工程實例統計，單層輕型門式剛架房屋承重結構的用鋼量一般為1030kg/m2 ，在相同跨度和荷載情況下自重僅約為鋼筋混凝土結構的1/201/30。由于結構質量輕，相應由于結構質量輕，相應地基礎可以做得較小，地基處理費用也較低。地基礎可以做得較小，地基處理費用也較低。同時在相同地震烈度下結

3、構的地震反應小。同時在相同地震烈度下結構的地震反應小。但當風荷載較大或房屋較高時，風荷載可能成為單層輕型門式剛架結構的控制荷載。 工業化程度高，施工周期短工業化程度高，施工周期短 門式剛架結構的主要構件和配件多為工廠制作，質量易于保證，工地安裝方便；除基礎施工外，基本沒有濕作業；構件之間的連接多采用高強度螺栓連接，安裝迅速。 綜合經濟效益高綜合經濟效益高 門式剛架結構通常采用計算機輔助設計，設計周期短；原材料種類單一；構件采用先進自動化設備制造；運輸方便等。所以門式剛架結構的工程周期短，資金回報快，投資效益相對較高。 柱網布置比較靈活柱網布置比較靈活 傳統鋼筋混凝土結構形式由于受屋面板、墻板尺

4、寸的限制，柱距多為6米米，當采用12米柱距時，需設置托架及墻架柱。而門式剛架結構的圍護體系采用金屬壓型板，所以柱網布置不受模數限制，柱距大小主柱網布置不受模數限制，柱距大小主要根據使用要求和用鋼量最省的原則來確要根據使用要求和用鋼量最省的原則來確定。定。 其它特點其它特點：門式剛架體系的整體性可以依靠檁條、墻架及隅撐來保證，從而減少屋蓋支撐數量，同時支撐多用圓鋼做成，很輕便；梁、柱多用變截面，節省材料；梁、柱設計時利用屈曲后強度利用屈曲后強度；變截面剛架不能用塑性設計。蒙皮效應蒙皮效應 在垂直荷載作用下，坡頂門式剛架的運動趨勢是屋脊向下、屋檐向外變形。屋面板將與支撐檁條一起以深梁的形式來抵抗這

5、一變形趨勢。這時，屋面板承受剪力，起深梁的腹板的作用。而邊緣檁條承受軸力起深梁翼緣的作用。顯然，屋面板的抗剪切能力要遠遠大于其抗彎曲能力。所以，蒙皮效應指的是蒙皮板由于其抗剪切剛度對于使板平蒙皮效應指的是蒙皮板由于其抗剪切剛度對于使板平面內產生變形的荷載的抵抗效應。面內產生變形的荷載的抵抗效應。對于坡頂門式剛架，抵抵抗豎向荷載作用的蒙皮效應取決于屋面坡度抗豎向荷載作用的蒙皮效應取決于屋面坡度，坡度越大蒙皮效應越顯著；而抵抗水平荷載作用的蒙皮效應則隨著坡抵抗水平荷載作用的蒙皮效應則隨著坡度的減小而增加。度的減小而增加。 壓 型 鋼 板壓 型 鋼 板面 板 受 剪 區面 板 受 剪 區山 形 門

6、式 建 筑 的 受 力 蒙 皮 作 用平 屋 頂 建 筑 的 受 力 蒙 皮 作 用3. 輕型門式剛架的應用輕型門式剛架的應用 輕型鋼結構是國內外目前應用和發展速度最快的新型結構形式，廣泛應用于工業、居住和公共建筑，具有施工速度快、建筑造型美觀、鋼材用量少、造價低廉等優勢，而門式剛架結構體系作為輕型鋼結構的一種結構形式，在我國更是大量涌現。近幾年來，隨著我國彩色鋼板產量的增加和焊接H型鋼的出現，門式剛架更是發展迅猛，我國建成此類結構工程已達800多萬平方米，而且每年以約100多萬平方米的速度增加。 門式剛架輕型房屋鋼結構的主要應用范圍，包括單層工建廠房、民建超級市場和展覽館、庫房以及各種不同類

7、型倉儲式工業及民用建筑等，都是它強有力的競爭領域，有廣泛的市場應用前景。 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程CECS102：2002 門式剛架輕型房屋鋼構件門式剛架輕型房屋鋼構件JG1442002 4 結構形式門式剛架的結構形式門式剛架的結構形式 門式剛架的結構形式按跨度可分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數可分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/201/201/81/8。單脊雙坡多跨剛架，用于無橋式吊車的房屋時，當剛架柱不是特別高且風荷載也不是很大時，依據“材料集中使用的原則”，中柱宜采用兩端鉸接的搖擺柱方案。1.單跨雙坡剛架單跨雙坡剛架 等截面柱，等截面

8、柱，底端固接的底端固接的節點設計，節點設計，承受更大的承受更大的支座彎矩，支座彎矩，適合有吊車適合有吊車荷載的建筑荷載的建筑物。物。 2.單跨雙坡剛架單跨雙坡剛架 內柱的設計，內柱的設計，使結構達到使結構達到更大的屋面更大的屋面跨度，通常跨度，通常3672M，更經濟的設更經濟的設計。計。 3.多跨多坡剛架多跨多坡剛架 雙跨多坡或雙跨多坡或多跨多坡的多跨多坡的設計，適合設計，適合多種使用類多種使用類型建筑物的型建筑物的需要。需要。 4.高低跨剛架高低跨剛架 外形構造外形構造靈活，適靈活，適合于成套合于成套組合式廠組合式廠房。房。 門式剛架的柱腳多按鉸接設計門式剛架的柱腳多按鉸接設計，當用于工業廠

9、房且有橋式吊車有橋式吊車時，宜將柱腳設計成剛接剛接。門式剛架上可設置起重量不大于3t的懸掛吊車和起重量不大于20t的輕、中級工作制的單梁或雙梁橋式吊車。剛接柱腳鉸接柱腳柱腳構造詳圖鉸接柱腳鉸接柱腳剛接柱腳剛接柱腳加勁板加勁板加勁板加勁板地腳螺栓地腳螺栓5.結構布置及構造結構布置及構造剛架的建筑尺寸和布置剛架的建筑尺寸和布置 門式剛架的跨度宜為936m， 當柱寬度不等時，其外側應對齊。 高度應根據使用要求的室內凈高確定，宜取4.59m。 門式剛架的合理間距應綜合考慮剛架跨度、荷載條件及使用要求等因素，一般宜取6m、7.5m、9m。 縱向溫度區段小于300m，橫向溫度區段小于150m（當有計算依據

10、時，溫度區段可適當放大）。 檁條和墻梁的布置檁條和墻梁的布置 檁條間距的確定應綜合考慮天窗、通風屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規格等因素按計算確定，一般應等間距布置，但在屋脊處應沿屋脊兩側各布置一道，在天溝附近布置一道。側墻墻梁的布置應考慮門窗、挑檐、雨蓬等構件的設置和圍護材料的要求確定山墻抗風柱墻梁檁條剛架梁剛架梁 剛架柱返回剛架柱山墻抗風柱墻梁檁條剛架梁支撐和剛性系桿的布置支撐和剛性系桿的布置(1)在每個溫度區段或分期建設的區段中，應分別設置能獨立構成空間穩定結構的支撐體系。 (2)在設置柱間支撐的開間，應同時設置屋蓋橫向支撐在設置柱間支撐的開間，應同時設置屋蓋橫向支撐，以構成幾何不變體系。

11、 (3)端部支撐宜設在溫度區段端部的第一或第二個開間。柱間支撐的間距應根據房屋縱向受力情況及安裝條件確定，一一般取般取3045m，有吊車時不宜大于，有吊車時不宜大于60m。 (4)當房屋高度較大時，柱間支撐應分層設置；當房屋寬度大于60m時，內柱列宜適當設置支撐。 (5)當端部支撐設在端部第二個開間時，在第一個開間的相應位置應設置剛性系桿剛性系桿。 (6)在剛架的轉折處轉折處（邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂）應沿房屋全長設置剛性系桿應沿房屋全長設置剛性系桿。 (7)由支撐斜桿等組成的水平桁架，其直腹桿宜按剛性系桿考慮。 (8)剛性系桿可由檁條兼做，此時檁條應滿足壓彎構件的承載檁條應滿足壓彎

12、構件的承載力和剛度要求力和剛度要求，當不滿足時可在剛架斜梁間設置鋼管、H型鋼或其他截面形式的桿件。 (9)當房屋內設有不小于5t的吊車時，柱間支撐宜用型鋼宜用型鋼；當房屋中不允許設置柱間支撐時，應設置縱向剛架。支撐系統的主要作用是：支撐系統的主要作用是：1）縱向剛性系桿傳遞縱向水平力。2）水平支撐形成局部剛域，抵抗在柱間和屋面梁間傳遞的水平力作用。3）隅撐的作用則為約束I工字型截面遠端翼緣板，起到遠端翼緣板平面內支座作用，避免形成局部屈曲；或出平面支點作用，減小翼緣板的出平面計算長度，從而控制出平面穩定性。4）全部支撐系統與檁條或墻梁以及剛架一道組成空間體系，參與空間協同工作。剛性系桿構件主要

13、選用型鋼和鋼管，與剛架通過螺栓鉸接，截面大小一般按壓桿穩定性要求或通過受力計算來決定。設置主要考慮在剛架轉角和屋脊聯結處（其中屋脊處的剛性系桿，可由用于此處屋脊構造需要的，剛度較大的雙檁條及聯結所代替）。 輕型門式剛架的屋面支撐體系主要由屋面橫向水平支撐和系桿組成。水平支撐為圓鋼，用花籃螺栓張緊；系桿用圓管。屋面橫向水平支撐系統主要用來傳遞風荷載，增強結構的整體穩定性能。山墻抗風柱墻梁檁條剛架梁柱間支撐柱間支撐屋面橫向水平支撐布置圖撐桿斜拉條拉條隅撐屋面橫向水平支撐拉條檁條屋面拉條布置屋架橫向水平支撐與剛架梁連接節點構造連接角鋼連接角鋼曲面造型的屋面剛架梁曲面造型的屋面剛架梁隅撐隅撐采光帶采光

14、帶屋架橫向支撐節點處剛性系桿屋架橫向支撐節點處剛性系桿梁柱節點處剛性系桿梁柱節點處剛性系桿墻梁巖棉保溫材料墻梁支架墻梁6.輕型門式剛架節點 斜梁與柱的連接節點 斜梁屋脊拼裝節點 門式剛架節點連接通常采用高強螺栓連接，分端板豎放、端板橫放、端板斜放三種形式，如下圖所示。端板豎放端板橫放端板斜放斜梁拼接節點連接形式節點連接形式端板螺栓加勁肋加勁肋端板螺栓端板加勁肋螺栓端板加勁肋螺栓橫梁屋脊拼裝節點圖返回柱腳設計柱腳設計 柱下端與基礎相連的部分稱為柱腳。柱腳柱下端與基礎相連的部分稱為柱腳。柱腳的作用是將柱身所受的力傳遞和分布到基的作用是將柱身所受的力傳遞和分布到基礎，并將柱固定于基礎。基礎一般由混凝

15、礎，并將柱固定于基礎。基礎一般由混凝土或鋼筋混凝土做成，其強度遠低于鋼材土或鋼筋混凝土做成，其強度遠低于鋼材的，所以必須將柱身的底端擴大以增加與的，所以必須將柱身的底端擴大以增加與基礎接觸的面積，使接觸面積上承壓力小基礎接觸的面積，使接觸面積上承壓力小于或等于基礎的抗壓強度設計值。這就要于或等于基礎的抗壓強度設計值。這就要求柱腳有一定的寬度和長度，也應有一定求柱腳有一定的寬度和長度，也應有一定的剛度和強度，使柱身壓力比較均勻地傳的剛度和強度，使柱身壓力比較均勻地傳到基礎。到基礎。 根據受力要求，柱腳分剛接柱腳和鉸接柱腳兩根據受力要求，柱腳分剛接柱腳和鉸接柱腳兩類，當吊車起重量類，當吊車起重量5

16、5噸時應考慮設置剛性柱噸時應考慮設置剛性柱腳。腳。柱腳設計的原則柱腳設計的原則 傳力明確，可靠、簡捷、構造簡單、傳力明確，可靠、簡捷、構造簡單、節約材料、施工方便，并符合計算簡圖節約材料、施工方便，并符合計算簡圖。 柱腳形式柱腳形式平板式鉸接柱腳平板式鉸接柱腳剛接柱腳剛接柱腳一般情況一般情況當有橋式當有橋式吊車或剛吊車或剛架側向剛架側向剛度過弱時度過弱時平板式平板式鉸接柱腳鉸接柱腳剛接柱腳剛接柱腳 對軸力很小的柱，可將柱身底端切割平齊，對軸力很小的柱，可將柱身底端切割平齊，直接與底板焊接。柱身所受的力通過焊縫直接與底板焊接。柱身所受的力通過焊縫傳給底板，由底板分布到基礎。底板厚度傳給底板，由底

17、板分布到基礎。底板厚度一般為一般為2040mm，用兩個錨栓固定在基，用兩個錨栓固定在基礎上，錨栓位置放在柱中軸線上，一般在礎上，錨栓位置放在柱中軸線上，一般在短軸線底板兩側。錨栓直徑按構造采用短軸線底板兩側。錨栓直徑按構造采用2030mm，預埋于混凝土基礎內。這種，預埋于混凝土基礎內。這種柱腳構造最簡單；但只適用于軸力很小的柱腳構造最簡單；但只適用于軸力很小的柱，否則底板和焊縫都將太厚，因為底板柱，否則底板和焊縫都將太厚，因為底板在各方向均為懸臂。在各方向均為懸臂。 柱身軸力先通過與靴梁連接的豎向焊縫傳給靴梁，再從靴梁通過其與底板連接的水平焊縫傳給底板，然后從底板傳到基礎。連接柱身與底板的水平

18、焊縫由于質量不易保證(因板間位置不準，常有一定空隙)，計算時通常不考慮其受力。靴梁實際上是一個下邊受有向上均布荷載的單跨雙伸臂梁。底板寬度方向的懸臂尺寸不宜太大，通常等于(34.5)倍錨栓直徑。2 2、底板的厚度、底板的厚度底板的厚度決定于板的抗彎強度。底板的厚度決定于板的抗彎強度。式中：式中： 為底板承受的最大彎矩值為底板承受的最大彎矩值。 fMtmax6maxM柱腳錨栓應采用柱腳錨栓應采用Q235Q235或或Q345Q345鋼材制作。錨栓的錨固鋼材制作。錨栓的錨固長度應符合現行國家標準長度應符合現行國家標準建筑地基基礎設計規范建筑地基基礎設計規范(GB 50007-2002)(GB 50007-2002)的規定，錨栓端部按規定設置彎的規定，錨栓端部按規定設置彎鉤或錨板。鉤或錨板。計算風荷載作用下柱腳錨栓的上拔力時，應計入柱計算風荷載作用下柱腳錨栓的上拔力時，應計入柱間支撐的最大豎向分力，此時，不考慮活荷載間支撐的最大豎向分力，此時，不考慮活荷載( (或或雪荷載雪荷載) )、積灰荷載和附加荷載的影響，同時永久、積灰荷載和附加荷載的影響，同時永久荷載的分項系數荷載的分項系數1.01.0。錨栓直徑不宜小于。錨栓直徑不宜小于24mm24mm，且，且應采用雙螺帽以防松