浅析门式钢架设计方法
摘要：本文简要介绍了门式轻钢结构的概况，对它的设计方法、设计步骤和设计中需要注意的问题，做了简要介绍，有利于对轻型门式钢架结构设计有较为完整的认识。关键词：轻型门式钢架；结构设计
中图分类号：tg802 文献标识码：a
门式刚架作为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。门式钢架轻型房屋钢结构设计一般采用以概率理论为基础的极限状态设计法，按分项系数设计表达式进行计算；承重构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
结构体系布置
轻型门式钢架的跨度和柱距主要根据工艺和建筑要求确定。结构布置要考虑的主要问题是温度区间的确定和支撑体系的布置。
考虑到温度效应，轻型门式结构建筑的纵向温度区段长度不应大于300m，横向温度区段不应大于150m。当建筑尺寸超过时，应设置温度伸缩缝。温度伸缩缝克通过设置双柱，或设置次结构及檩条的可调节构造来实现。
支撑布置的目的是使每个温度区段或分期建设的区段建筑能构成稳定的空间结构骨架。布置主要原则如下：
①柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内，形成抵抗纵向
荷载的支撑桁架。支撑桁架的直杆和单斜杆应采用刚性系杆，交叉斜杆可采用柔性构件。
②支撑的间距一般为30~40m,不应大于60m。
③支撑可布置在温度区间的第一个或者第二个开间。当布置在第二个开间时，第一个开间的响应位置应设置刚性系刚。
二、门式钢架荷载取值
门式钢架房屋上作用的荷载一般有：恒载（结构自重和设备重），活载（包括屋面均布活载、检修集中荷载、积灰荷载、雪荷载等），风载，温度，吊车，还有地震荷载（水平和竖向）。由于轻钢结构自重较轻，所以对地震的反应也较轻，这一点对抗震非常有利。
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2020年4月19日
钢结构课程设计门式钢架
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2020年4月19日
门式钢架设计
一、设计资料
某厂房为单跨双坡门式刚架，长度150m，檐高H=7.5m，屋面坡度B=1/10，跨度L=15m，柱距S=7.5m。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为铰接。
屋面材料、墙面材料采用单层彩板。
檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边Z型钢，间距为1.5m，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。
基本风压 20.35/OWkNm，地面粗糙度B类。
二、结构平面柱网及支撑布置
该厂房长度150m，跨度12m，柱距7.5m，共有21榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m、横向温度区段不大于150m，因此不用设置伸缩缝。
厂房长度>60m，因此在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆，檩条间距为1.5m；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高＞柱距，因此柱间支撑用分层布置，布置图详见施工图。
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2020年4月19日 三、荷载的计算
（一）计算模型的选取
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7.5m，考虑到檩条和梁截面自身高度，近似取柱高为7.2m；屋面坡度为1：10。因此得到刚架计算模型：
（二）荷载取值计算
长度（m） 柱距（m） 跨度（m） 檐高（m） 恒载（kN/m2） 活载（kN/m2） 基本风压（kN/m2）
150 7.5 12 7.5 0.6 0.5 0.35
1．屋盖永久荷载标准值
屋面板
20.60/kNm
刚架斜梁自重（先估算自重） 20.15/kNm 文档仅供参考，不当之处，请联系改正。
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2020年4月19日 合计 0.752/kNm
2．屋面可变荷载标准值
第1章 轻型门式刚架结构
1．1 概 述
1．1．1 单层门式刚架结构的组成
如图1—1所示，单层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、卷边槽形、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。
在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱构件多采用焊接变截面的H形截面，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。围护结构采用压型钢板的居多，玻璃棉则由于其具有自重轻、保温隔热性能好及安装方便等特点，用作保温隔热材料最为普遍。
1．1．2 单层门式刚架结构的特点
单层门式刚架结构和钢筋混凝土结构相比具：有以下特点：
(1)质量轻
围护结构由于采用压型金属板、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，因而支承它们的门式刚架也很轻。根据国内的工程实例统计，单层门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10～30kg／m2；在相同的跨度和荷载条件情况下自重约仅为钢筋混凝土结构的1／20～1／30。
由于单层门式刚架结构的质量轻，地基的处理费用相对较低，基础也可以做得比较小。同时在相同地震烈度下门式刚架结构的地震反应小，一般情况下，地震作用参与的内力组合对刚架梁、柱杆件的设计不起控制作用。但是风荷载对门式刚架结构构件的受力影响较大，风荷载产生的吸力可能会使屋面金属压型板、檩条的受力反向，当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能是刚架设计的控制荷载。
(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均为工厂制作，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，现场施工人员的需要量也很少。构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，是安装迅速的一个重要方面，但必须注意设计为刚性连接的节点，应具有足够的转动刚度。
第五课门式刚架设计1、钢结构单层厂房的组成
2由柱和屋架（屋面梁）构成的若干榀横向框架用纵向构件和支撑连接而成的空间稳定骨架。根据各承重结构的不同功能，可划分为下列四大系统：屋盖系统：包括天窗、檩条、屋架（屋面梁）、托架（托梁）以及屋盖系统的支撑和系杆等。柱子系统：柱及柱间支撑。吊车梁系统：含吊车梁（吊车桁架）、辅助桁架、制动结构以及支撑等。墙架系统：包括墙架柱、墙架横梁、抗风桁架以及支撑、系杆。2、横向框架常见的类型A：铰接排架。优点：计算简单，受力明确，对桩基沉降的适应性强，且安装方便。缺点：下段柱弯矩较大，厂房横向刚度差。B：刚接框架5特点：a:对减小下柱弯矩，增加厂房横向刚度有利。b:下柱截面高度较小，从而减少厂房建筑面积。c:屋架受力复杂化，连接构造亦麻烦，且对桩基的沉降较为敏感。d:适用于桩基沉降差较小，对横向刚度要求较高的单跨厂房。C：上刚架下悬壁式框架3、单层厂房计算A：单层厂房的横向框架通常采用一阶弹性分析。B：横向框架一般按平面结构计算，必要时可按空间结构进行计算，按平面结构计算时，要先划分计算单元并假定屋盖在计算单元内为刚体，即不考虑其变形，各刚架顶部的水平位移相同4、单层刚架设计基本规则轻钢结构厂房适用范围如何界定？有关规定：《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015中规定：（1）适用于主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型外墙、无桥式吊车或有起重重量不大于20t的A1～A5工作制级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构；（2）房屋高宽度小于1（2）跨度宜12～48m，有根据时可用于更大跨度。5.2.2（3）门架高度不大于18m；（4）柱距宜6～9m。A：实腹式刚架横梁的高跨比宜取为1/25~1/35;变截面构件最小最大高度之比为0.3~0.6.B:刚架梁柱连接节点应具有足够的强度和刚度，以及适当变形的能力，同时要求构造简单、加工、制作、安装方便，其形式和特点见下表C：实腹式刚架一般仅设单片柱间支撑。屋盖支撑设在横梁的上翼缘平面内。柱子内翼缘和横梁下翼缘的侧向稳定采用在墙架和屋面檩条上加设隅撑的办法予以保证。5、单层刚架内力分析和截面计算A：弹性设计a:内力分析一般不考虑加腋的影响。变截面刚架宜用有限元进行计算。简化算法采用柱比法。即对单跨柱脚铰接的变截面刚架可取离柱脚0.7h（h为柱高）处的截面作为等截面柱的刚架进行简化计算。此时柱脚的水平反力，可将计算值加大10~15%STS对变截面梁柱的处理方式：b:刚架柱在平面内的计算长度系数10B:塑性设计（简要介绍）一般采用简单塑性理论，满足下列基本条件a:平衡条件：即任何隔离体上内外力应相互平衡。b:全塑性弯矩条件以截面全塑性弯矩Mp(Mp=Wpxfp)作为极限弯矩，在等截面构件内，沿构件全长所有截面内的弯矩M≤Mp。c:形成机构条件：使结构整体或一部分形成机构。d:常用内里分析方法有静力法、机构法和弯矩平衡法。6、常见梁柱连接节点A：门规节点，高强螺栓连接。11127、关于板件屈曲后强度的一些知识A：矩形板的屈曲方程当板为四边支撑板时屈曲系数三边简支板临界荷载表达式：13四边简支板在均布剪力作用下的屈曲复合应力状态下验算14板件屈曲后的强度卡门方程高次偏微分方程，非常复杂，不做介绍。对于受压腹板屈曲后强度利用，目前采用有效截面法进行。四边简支板的有效截面15梁腹板屈曲后强度16下同钢结构规范，省去。门规考虑到刚架构件以受弯为主，压力相对较小，故将腹板全部有效范围适当放宽。受剪腹板的屈曲后强度
