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门式刚架设计实例(总27页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--轻型门式刚架——计算原理和设计实例 <9>来源：发布时间：06-06 编辑：段文雁二、设计实例一1 设计资料门式刚架车间柱网布置：长度60m；柱距6m；跨度18m。
刚架檐高：6m；屋面坡度1：10；屋面材料：夹心板；墙面材料：夹心板；天沟：钢板天沟；基础混凝土标号为C25，fc= N/mm2；材质选用：Q235-B f=215 N/mm2 f=125 N/mm2。
2 荷载取值静载：为 kN/m2；活载： kN/m2 ；雪载： kN/m2；风载：基本风压W0= kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数如下图：图3-41 风载体型系数示意图3 荷载组合(1). 恒载 + 活载(2). 恒载 + 风载(3). 恒载 + 活载+ × 风载(4). 恒载+× 活载 + 风载4 内力计算（1）计算模型图3-42 计算模型示意图（2）工况荷载取用恒载活载左风右风图3-43 刚架上的恒载、活载、风载示意图各单元信息如下表：表3-5 单元信息表单元号截面名称长度(mm) 面积(mm2) 绕2轴惯性矩(x104mm4) 绕3轴惯性矩(x104mm4)1 Z250~450x160x8x10 5700 973974 82 L450x180x8x10 9045 7040 974 227283 L450x180x8x10 9045 7040 974 22728表中：面积和惯性矩的上下行分别指小头和大头的值图3-44 梁柱截面示意简图（3）计算结果刚架梁柱的M、N、Q见下图所示：图3-45 恒载作用时的刚架M、N、Q图图3-46 活载作用时的刚架M、N、Q图图3-47 （左风）风载作用时的刚架M、N、Q图选取荷载效应组合：（恒载 + 活载）情况下的构件内力值进行验算。
组合内力数值如下表所示：表3-6 组合内力表单元号小节点轴力N(kN) 小节点剪力Q2(kN) 小节点弯距M 大节点轴力N(kN) 大节点剪力Q2(kN) 大节点弯距M12345构件截面验算根据协会规程第条进行板件最大宽厚比验算。
门式刚架端板连接节点设计门式刚架端板连接节点设计万叶青（机械部第四设计研究院）[提要] 本⽂介绍了轻钢门式刚架端板连接节点的计算⽅法，提供了端板连接节点梁⾼与弯矩的关系图表，⽤它可以快速确定连接截⾯的⾼度，同时还指出了端板设计中应当注意的⼀些问题。
[关键词] 轻钢结构，门式刚架，端板连接，⾼强螺栓。
1．引⾔轻钢结构是近⼗年来发展最快的领域，它具有⼤跨度、⼤空间，分隔使⽤灵活，⽽且施⼯速度快、抗震有利的特点，已⼴泛地应⽤于机械⼯业⼚房建筑中。
门式刚架常⽤的跨度为15~36m。
为了便于施⼯，⼀般采⽤分段加⼯和运输，到现场后再进⾏拼接安装，这就涉及到门式刚架的连接节点。
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102:2002）给出了三种形式的端板连接：端板竖放，端板斜放和端板横放。
实践证明：端板连接是轻钢门式刚架中最为经济的连接形式，⽐通常的腹板—翼缘拼接节省材料和紧固件，现场拼装连接⽅便。
2．端板连接设计门式刚架端板连接节点主要承受的是弯矩和剪⼒。
在我国，对这类端板连接设计采⽤的是传统的⽅法：认为螺栓受⼒为三⾓形分布，利⽤平衡原理分析螺栓的受⼒，然后进⾏其它部分的设计验算。
该⽅法的关键是对旋转中⼼，即中性轴的取法，对此尚存在⼀些争议。
我国的教科书，设计⼿册及有关规范中采⽤的是简化⽅法。
对普通螺栓来说，可假定螺栓群的中性轴在最下⾯⼀⾏的轴线上。
受⼒如图⼀所⽰线性变化，最⼤螺栓拉⼒产⽣在顶部螺栓处。
在弯矩M作⽤下螺栓最⼤拉⼒为：Nt1=M*y1/(m*∑y i2) (1)式中 M----端板处弯矩设计值m----螺栓列数y i----各螺栓⾄中性轴的距离在剪⼒V作⽤下，⼀个螺栓所受的剪⼒为：Nv=V/n (2)同时承受剪⼒和轴向拉⼒的普通螺栓应满⾜下列公式的要求，即[(Nv/N v b)2+(Nt/N t b)2]≤1 (3)为了保证挤压承载⼒的要求尚需满⾜Nv≤N c b (4)上述各式中：Nv、Nt----⼀个螺栓的剪⼒和拉⼒（取受拉⼒最⼤螺栓计算时为N t1）;N v b、N t b----⼀个螺栓受剪和受拉的承载⼒设计值。
门式刚架结构设计1 设计资料单跨双坡门式刚架轻钢厂房长度60m ，柱距6m ，刚架跨度24m ，屋面坡度为1：10。
刚架柱在柱高一半处设有侧向支撑。
屋面采用双层压型钢板复合保温板，屋面檩条间距为3m，在每根檩条位置处都有隅撑与梁下翼缘相连。
柱脚采用铰接柱脚。
梁柱节点连接采用高强度螺栓连接(摩擦型)，材质采用Q235B。
截面：梁为焊接等截面梁:H ‐600×300×8×12 翼缘为轧制边柱为焊接工字形截面(变截面) H ‐(600‐300)×300×8×12 翼缘为轧制边 荷载条件(标准值)：雪荷载：0.402m kN 基本风压：0.652m kN 积灰荷载：0.32m kN 屋面活荷载：0.502m kN双层压型钢板复合保温板：0.202m kN 檩条及支撑重：0.152m kN轻质墙面(包括墙骨架等)：0.202m kN 。
图1 刚架简图2 荷载计算(1) 恒载刚架梁：双层压型钢板复合保温板：0.20×6=1.2 m kN檩条及支撑重：0.15×6=0.9 m kN梁自重： 0.92m kN合计：刚架梁上荷载：3.02 m kN柱：轻质墙面(包括墙骨架等)：0.20×6=1.2 m kN自重(取柱中间截面计算)：0.828m kN合计：2.028 m kN(2) 活荷载屋面活荷载标准值为0.502m kN ，刚架受荷面积为24×6=1442m ＞602m ，所以屋面活荷载标准值取为0.302m kN (规程3.2.2条) 。
雪荷载为0.402m kN ，计算时取屋面活荷载和雪荷载中的较大值，即取0.402m kN 计算。
屋面活荷载和雪荷载中的较大值：0.4×6=2.4 m kN积灰荷载：0.3×6=1.8 m kN(3) 风荷载风荷载体型系数s μ按《门规》封闭式建筑类型中间区的风荷载体型系数采用，体系系数图2风荷载体型系数见图2 。
一．门式刚架建模1.用普通建模方式①建立网格，布置钢柱。
对于变截面柱，在布置的时候需要设置变截面垂直边，如下图，三根柱子分别是垂直边在右下、居中、左上。
YJK中吊车荷载是作用在柱顶的，所以若要布置吊车荷载，需要将楼层分为两层，将牛腿顶处作为一层层顶，牛腿以上部分建在第二层。
牛腿可用短梁模拟。
如下图。
②布置第二层构件：柱及屋面梁，屋面系杆，屋面支撑等；后可以使用三点点高的方式使屋脊抬高；注：对于屋脊系杆和边跨的系杆最好使用钢梁来建系杆，这样形成封闭房间，进行导荷；可参见附图：③生成楼板，修改板厚；④楼板恒活荷载修改以及屋面层对边导荷；第一层布置吊车荷载；参见附图：⑤楼层组装2. 也可以使用快速建模方式建门式钢架；参见视频；二．前处理部分1.计算参数风荷载计算信息-精细风，（程序默认勾选柱按柱间均布风荷载加载）；修正后的基本风压按荷载规定值*1.05；2.特殊构件定义：定义门式刚梁和门式刚柱，需要将一榀门刚框架中的钢柱、钢梁指定成门式刚柱和门式刚梁，软件会根据此特性进行构件设计及门刚节点设计。
对于抗风柱，则不能指定门式刚柱，而且抗风柱顶端不承担弯矩，可指定为上端铰接；板属性：坡屋面程序默认弹性模，可定义弹性板6，屋面风荷载体形系数；柱、支撑长度系数定义；梁面外长度的定义；三．整体计算设计进行全部计算后，在后处理中查看构件设计结果，并根据情况调整模型四．钢结构施工图构件设计通过以后，进入钢结构施工图菜单。
首先设置节点设计参数，然后进行全楼节点设计。
软件自动生成各层平面图和立面布置图。
对于门式刚架节点详图绘制，可采用两种方式进行出图：1、在平面布置图中，点击“全节点详图”菜单下的“当前层节点详图”，在当前图纸中绘制本层的节点详图，如下图。
2、点击“绘立面图”菜单下的“绘单榀框架详图”，如下图。
对于门式支撑可以在立面图中使用全节点详图出图方式也可以在立面图中选择“绘门刚支撑”注：目前钢结构施工图支撑节点出图的截面分别是：H型、角钢及组合角钢、槽钢及组合槽钢、圆管。
干货！门式刚架结构设计实例工程概况（一）设计资料某客户需要建设66X75m的仓库，根据客户要求，宽度方向为66m，设3跨，跨度分别为24m、18m、24m，柱距取7.5m，檐口高度为6m。
屋面为0.5mm压型钢板+75mm 厚保温棉（容重14kg/m3）＋0.4mm内衬板，材质采用Q345。
（二）方案选取1．跨度：考虑到特殊的使用要求（中间18m兼做交通走道），客户指定了上述的跨度要求。
为使读者理解如何寻找最经济的结构方案，笔者又研究了21m＋24m＋21m或18m+30m+18m的跨度方案，三种方案的每榀框架的用钢量对比如下：24m+18m+24m，每榀框架用钢量 4.9吨；21m+24m+21m，每榀框架用钢量 4.2吨；18m+30m+18m.，每榀框架用钢量 4.6吨；通常来说，如可能尽量将框架设计成对称结构，各跨跨度基本相同，中间跨跨度度略大于边跨将是一种比较经济的方案。
本项目由于客户需要将中间跨(18m)设置为走道，故笔者没有建议他们改为较为经济的跨度方案（21m＋24m＋21m）。
2．柱距选择：鉴于本工程总长度为75m，故取柱距为7.5m，即10@7.5。
读者也可以比较7.75+*****+7.75的柱距方案。
后者也是一种比较经济的株距方案。
3．屋面梁拼接节点设置节点设置需要考虑下列因素：(1) 拼接点尽可能靠近反弯点，一般反弯点位置在1/4~1/6跨度处，按照此原则，对于24m跨，拼接点设在离柱24*(1/4~1/6)=4~6m处比较合适。
对于18m跨，则应该设在18*(1/4~1/6)=3~4.5m比较合适；(2) 单元长度不要超过可运输最大长度，一般不宜超过12.5 m；(3) 尽量减少拼接数量，因为拼接节点需要端板及高强螺栓，同样会增加项目造价；(4) 拼接节点应避开抗风柱及屋面系杆的连接位置，以避免出现连接上的不便；综合多种因素，我们将屋面梁做了分段，见图3-26。
A节点为边柱与梁拼接节点，D为中柱与梁拼接，通常此处屋面梁不断，这是考虑此处弯矩较大，对于屋脊节点 F，通常我们也不建议此处屋面梁断开，原因是此处通常会有抗风柱及屋面系杆，若设置屋面系杆，将引起连接上的不便。
门式轻型刚架主要节点和构件的构造12.3.1 节点的构造1. 梁、柱连接节点的构造门式刚架梁与柱的工地连接，常用螺栓端板连接，它是在构件端部截面上焊接平板(端板与梁柱的焊接要求等强，多采用熔透焊)并以螺栓与另一构件的端板相连的一种节点形式，其连接形式分为端板竖放、横放、斜放三种基本形式(图12-2)。
每种形式又可分为端板外伸式及端板平齐式两种连接方法(图12-3)。
图12-2梁柱连接形式图12-3端板连接形式梁柱连接节点的构造应符合下列规定：(1)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。
(2)刚架构件的连接应采用高强度螺栓，吊车梁与制动梁的连接可采用摩擦型高强度螺栓连接或焊接。
吊车梁与刚架连接的螺栓孔宜设长圆孔。
高强度螺栓直径可根据需要选用，通常采用M16～M24螺栓。
檩条和墙梁与刚架横梁和柱的连接通常采用M10或M12普通螺栓。
(3)端板连接螺栓应成对称布置。
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。
同时应在节点板外伸部分设置加劲肋(见图12-4a)，使靠近受拉翼缘两侧螺栓受力均匀，接近一致。
螺栓拉力的分布建议按图12-4（b）中情况考虑，其中要求端板厚度不宜小于螺栓直径。
当螺栓群间的力臂足够大(例如在端板斜置时)或受力较小时(例如某些横梁拼接)，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。
图12-4 端板外伸式节点的连接形式(4)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35 mm。
螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径。
(5)在门式刚架中，受压翼缘的螺栓不宜少于两排。
当受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(见图12-5)，其间距可取75 mm，且不小于3倍螺栓孔径。
(6)与横梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度(见图12-5)，当端板上两对螺栓间的最大距离大于400 mm时，应在端板的中部增设一对螺栓。
钢结构设计书班级：学号：姓名：指导老师：邮箱：电话：目录已知条件 (3)一：荷载的计算 (4)1：屋面荷载 (4)2：屋面活载 (4)3: 风荷载 (5)二：内力计算 (6)1：截面形式及尺寸初选 (6)2：截面内力： (7)3：内力组合 (8)三：梁柱截面验算 (12)1：柱验算 (12)2：梁验算 (14)四：节点设计 (16)1：柱梁节点设计 (16)2：梁梁节点设计 (18)3：柱脚设计 (20)五：参考文献 (21)六：施工图……………………………………………………附录已知条件1：计算模型选取取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。
厂房檐高6.5m，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为6.0m；屋面坡度为1：18。
2.荷载取值屋面自重：彩色钢板聚苯乙烯夹心版：0.15 kN/m2檩条支撑：0.2 kN/m2总计：0.35kN/m2柱自重：0.25 kN/m2横梁自重：0.2 kN/m2屋面雪荷载：0.4 kN/m2屋面活荷载：0.3 kN/m2（与雪荷载不同时考虑）柱自重：0.25 kN/m2风载：基本风压W0=0.35 kN/m2一：荷载的计算（1）屋面荷载：标准值： 0.35×1/cos θ×8=2.80 kN/m 柱身恒载：0.25×8=2 kN/m（2）屋面活载屋面雪荷载大于屋面活荷载，取雪荷载0.4×1/cos θ×8=3.2 KN/M 2（3）风荷载2.80kn/m绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健010 1.0k z s z s h m ωμμωμμ=≤ 以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式计算:根据查表，取，根据门式刚架的设计规范，取下图：（地面粗糙度B 类）风载体形系数示意图迎风面 侧面ωk =1.0×0.8×0.35=0.28kN/m 2，q 1=0.28×8=2.24 kN/m 屋顶ωk =-1.0×0.5×0.35=0.175 kN/m 2，q 1=-0.175×8=-1.4kN/m 背风面 侧面ωk =-1.0×0.5×0.35=0.175 kN/m 2，q 1=-0.175×8=-1.4kN/m 屋顶ωk =-1.0×0.5×0.35=0.175 kN/m 2，q 1=-0.175×8=-1.4 kN/m荷载如下图：-1.4kn/m绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健二：内力计算：（1）截面形式及尺寸初选：梁柱都采用焊接的H 型钢梁的截面高度一般取（1/30-1/45），故取梁截面高度为500mm ； 暂取H500×250×8×10 柱采用 H500×250×8×1008012635吴健EA=2.06×108×8840×10-6=1.821×106EI x =2.06×108×135×106×10-12=2.78×104 kn ·m 2 （2）截面内力：根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：恒载弯矩图(kN·m)0.0-41.9 0.041.941.932.6-32.6-41.9-32.6恒载轴力图(kN)25.725.78.17.0绘图：08012635吴健 绘图：08012635吴健恒载剪力图(kN)-7.07.07.0-7.020.20.40.420.2活载弯矩包络图(kN·m)0.0 0.00.36.6 0.036.60.0.036.6-28.5-36.6绘图：08012635吴健活载轴力包络图(kN)18.0 0.18.0 0.7.1-6.16.1-7.1活载剪力包络图(kN)0.06.1-6. 0.0 6.1 0.00.6.117.7-4.34.7绘图：08012635吴健绘图：08012635吴健左风载弯矩图(kN·m)0.053.9 0.011.6-53.9-17.1-53.917.1-11.6风荷载轴力包络(k N)14.9 0.14.9 0.2.92.9 2.92.9用结构力学求解器求出单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 -----------------------------------------------------------------------------------------------1 14.8680000 15.5048542 0.00000000 14.8680000 2.06485424 53.9091254 2 2.88640334 -14.7305710 53.9091254 2.88640334 -4.21437981 -18.4439908（3）内力组合由于恒载和活载关于结构竖向对称，因而风荷载只要考虑一个方向作用，风荷载只引起剪力不同，而剪力不起控制作用绘图：08012635吴健按承载能力极限状态进行内力分析，需要进行以下可能的组合：① 1.2*恒载效应+1.4*活载效应② 1.2*恒载效应+1.4*风载效应③ 1.2*恒载效应+1.4*0.85*{活载效应+风载效应}取四个控制截面：如下图：各情况作用下的截面内力内力组合值三：梁柱截面验算控制内力组合项目有：①＋M max与相应的N，V(以最大正弯矩控制)②－M max与相应的N，V(以最大负弯矩控制)③ N max与相应的M，V(以最大轴力控制)④ N min与相应的M，V(以最小轴力控制)所以以上内力组合值，各截面的控制内力为：1-1截面的控制内力为M=0 km·m,N=67.13 kn,Q=13.3 kn2-2截面的控制内力为Mm=-101.52 km·m，N=70.0 kn，Q=-16.94 kn 3-3截面的控制内力为M=197.975 km·m,N=19.24 kn，Q=49.02 kn 4-4截面的控制内力为M=-79.02 km·m，N=21.62 kn，Q=3.64 knA ：刚架柱验算：取2-2截面内力 平面内长度计算系数：μ0=2+0.45K,K=I C l R /I R H=7.5/6.0=1.25，μ0=3.25 H 0=6×3.25=19.5m平面外考虑到蒙皮效应，按半跨计算即 H 0y =4Mλx = 45.184 < [λ]= 150.000柱构件平面内稳定计算最大应力(N/mm2):135.891 < f=310.000 故平面内稳定λy=62.604 < [λ]= 150.000柱构件平面外稳定计算最大应力(N/mm2):147.415 < f=310.000 故平面外稳定 ⑴ 局部稳定验算构件局部稳定验算是通过限制板件的宽厚比来实现的。
门式钢架结构形式和布置4 结构形式和布置4.1 结构形式4.1.1在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，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，外墙宜采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。
主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性，由与檩条或墙粱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。
4.1.2门式刚架分为单跨（图4.1.2a）、双跨（图4.1.2b）、多跨（图4.1.2c）刚架以及带挑檐的（图4.1.2d）和带毗屋的（图4.1.2e）刚架等形式。
多跨刚架中间柱与斜梁的连接可采用铰接。
多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖（图4.1.2f），必要时也可采用由多个双坡屋盖组成的多跨刚架形式。
4.1.3根据跨度、高度和荷载不同，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。
结构构件在安装单元内一般不改变翼缘截面，当必要时，可改变翼缘厚度；邻接的安装单元可采用不同的翼缘截面，两单元相邻截面高度宜相等。
4.1.4门式钢架的柱脚多按铰接支承设计，通常为平板支座，设一对或两对地脚螺栓。
当用于工业厂房且有5t 以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。
4.1.5门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取1/8 ～1/20，在雨水较多的地区宜取其中的较大值。
4.1.6轻型房屋的外墙，除采用以压型钢板等作围护面的轻质墙体外，尚可采用砌体外墙或底部为砌体、上部为轻质材料的外墙。
4.1.7门式钢架可由多个梁、柱单元构件组成。
柱一般为单独的单元构件，斜梁可根据运输条件划分为若干个单元。
单元构件本身采用焊接，单元构件之间可通过端板以高强度螺栓连接。
4.1.8门式刚架轻型房屋可采用隔热卷材做屋面隔热和保温层，也可采用带隔热层的板材做屋面。
4.2 建筑尺寸4.2.1门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸应符合下列规定：1门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离。
