浅析钢结构门式刚架厂房的设计

河南建材201812023年第7期

装备维修技术,2021,2(32):1-7.[4]周荣灿.房屋建筑工程施工现场管理的问题及对策研究[J].江西建材,2021,38(11):188-189.[5]程福关.房屋建筑工程施工现场管理的问题及对策研究[J].门窗,2022,14(10):12-17.[6]冉津津.建筑施工现场管理存在的问题及改进对策[J].工程技术研究,2022,4(5):152-153.门式刚架轻型房屋钢结构设计探究

杨勇

山西省安装集团股份有限公司（030012）

摘要:随着我国钢结构工艺水平的提高，钢构件的质量与产量得到了很大提升。在此背景下，门式刚架结构在我国快速发展。文章主要从设计及应用方面讨论了门式刚架的特点及其需要注意的问题，并提出适当的建议。关键词:门式刚架；轻型房屋；钢结构；设计

与传统的钢筋混凝土结构相比，轻型门式刚架

结构用钢量少、自重轻、安装速度快、更容易获得大

空间，这些优势吸引着结构工程师在此领域进行不

断的探索和深化。此外，门式刚架在工厂制作后运

输至现场进行拼接，施工人员数量较少，更利于施

工单位进行成本及质量把控。1门式刚架结构的特点

1.1施工周期短

一般情况下，轻型门式刚架的相关构件需在工

厂制作完成，运输至现场进行组装后投入使用。得

益于门式刚架结构的受力特性，其梁柱等构件相对

于其他结构尺寸更小，重量更轻，施工方便快捷，施

工速度大幅提升。采用门式刚架结构有利于施工单

位完成项目进度目标[1-3]。1.2使用空间大

门式刚架结构单跨跨度12～48m。在实际工

程中，有许多跨度超过48m的案例，如我国的首都

机场机修库，跨度达到72m，高度达到28m。大空

间结构更加符合现代建筑的发展趋势，门式刚架得

到施工单位的青睐，带来的经济效益也十分显著。1.3便于安装拆卸，可循环使用

门式刚架结构房屋如果在施工或后续使用中

出现问题，可以拆卸相关构件重新进行安装。这就

意味着在建设的过程中，许多建筑材料可以循环使

低温建筑技术　２０１１年第１Ｏ期（总第１６０期）　

门式刚架轻型钢结构设计浅析　

彭功生，董红丽　Ｉ中交第三航务工程勘察设计院有限公司．　上海２０００３２）　【摘要】　门式刚架轻型钢结构由于具有自重轻、耗材少、基础造价低，施工速度快、环境污染少等优点，在　实际工程中的应用十分广泛。结合门式刚架轻型钢结构体系以及作者在工程设计中经常遇到的一些常见问题，　本文对门式刚架轻型钢结构设计进行简单的总结和探讨。　【关键词】轻钢结构；计算长度；抗剪键　【中图分类号】ＴＵ３９１　【文献标识码】　Ｂ　【文章编号】　１００１—６８６４（２０１１）１０—０Ｏ６４—０２　由于具有强度高、构件尺寸小、自重轻、施工速度快，抗　震性能好及工业化程度高的特点，门式刚架轻型钢结构在　现代建筑中得到广泛发展和应用，特别在工业厂房和仓库　等的建设中更是占据重要的地位。由于传统观念及其他原　因，多年以来钢结构的发展及应用较钢筋混凝土结构迟缓，　许多业主甚至设计人员对钢结构建筑多方面的优越性认识　还不够，因此，为了更好的适应新形势下钢结构建筑发展的　要求，设计人员更需要不断充实对钢结构设计思维。　结合钢结构设计规范和作者从事轻型门式刚架结构的　设计经验，本文归纳和总结了门式刚架轻型钢结构体系在　工程设计中常见问题，抛砖引玉，供各位同行共同探讨。　１　刚架梁计算长度　门式刚架的梁柱构件一般为实腹式焊接工字钢或轧制　Ｈ型钢，中柱为摇摆柱时，中柱截面也可用箱形截面。为减　少用钢量，降低工程造价，构件截面通常采用变截面形式。　梁柱截面通常是尽量采用较大高度，减小腹板厚度，以便实　现截面最大抗弯承载能力。因此，在门式刚架的实际设计　中，刚架梁的截面通常是由整体稳定控制，计算长度的选取　对结构设计的经济性起到重要的作用。例如，以一双轴对　称工字型截面刚架梁为例，钢材材质选用Ｑ２３５Ｂ钢，平面外　回转半径ｉ　＝５ｅｍ，稳定系数按下式计算：　ｂ＝１．０７一Ａ：－ｆ／（４４００×２３５）　Ａ　≤１２０　当平面外计算长度Ｌ　＝３ｍ时，Ａ　＝６０，　＝０．９２；当平　面外计算长度Ｌ　：６ｍ时，Ａ　－－１２０，　＝０．６７。由此可见，平　面外计算长度取值对稳定应力计算的影响。　在门刚设计中，有的设计人员对刚架梁平面外计算长　度取隅撑间距或两倍隅撑间距，实际上，由于隅撑都是采用　普通螺栓连接，且与隅撑上端相连的檩条也是通过普通螺　栓与刚架粱上翼缘连接，因此，只有梁下翼缘发生一定的侧　向位移时，隅撑才能起到侧向支撑点的作用，考虑到梁上翼　缘同时也会发生侧向移动，梁上翼缘侧向支撑点中部位置　的隅撑作为支撑点的作用将进一步削弱。因此，如考虑隅　撑作为下翼缘侧向支撑点。应取靠近系杆所在位置的隅撑。　２系杆设计　在一般的轻钢结构中，屋面支撑多采用带张紧法兰的　圆钢，只能承受拉力，如果不设置能传递压力的系杆，屋面　支撑就无法形成有效传递水平力的平面桁架结构。系杆一　般单独设置，并与柱间支撑布置相配合。截面选择多采用　热轧无缝钢管，有时也可由檩条或屋面钢天沟兼作，此时檩　条或屋面钢天沟及其连接节点应满足对压弯杆件的刚度、　承载力和构造要求，并且，连接位置应与柱问支撑位置相一　致，以便于传力直接。　常用的设计软件中，对系杆的设计时，通常是与屋面支　撑同时进行，将总的风荷载除以一列柱的柱间支撑数后，作　为节点集中荷载施加到屋面支撑与系杆组成的水平桁架　上。这种处理对屋面支撑设计没有什么问题，但对系杆来　说，值得商榷。由于风荷载是由柱间支撑共同承受传递到　基础上，在每一列系杆中，沿纵向方向是一个水平力逐渐分　配的过程，每经过一个柱间支撑所在位置，轴力便分配一　次，所以，对所有的系杆统一取一荷载进行设计，势必对房　屋端部位置的系杆偏于不安全，而对中间位置的系杆又偏　于保守。建议在对系杆设计时，对不同位置的系杆采用不　同的风荷载系数进行设计，以－ｙｑ柱布置三道柱间支撑为　例，风荷载总体形系数为１．３，迎风面为０．８，背风面为一　０．５。从迎风面开始，抗风柱至第一个柱间支撑间（包括柱　间支撑所在的柱问）承担的风荷载比例为０．８。第一列柱间　支撑至第二列柱间支撑间（包括柱问支撑所在的柱问）承担　的风荷载比例为０．８—１．３／３＝０．３７，以此类推得到所有系　杆风荷载分配系数，设计时，应考虑左风和右风的分别作　用。　３抗剪键的设计　由于门刚结构自重较轻，在风荷载较大地区的工程设　计中，有时会出现剪力较大，而竖向力较小，甚至会出现拔　力的情况，此时，单单靠柱底板与基础顶面的摩擦力难以抵　抗水平力，因而，需要设置抗剪键来分担水平剪力。抗剪键　一般采用截面刚度较大的槽钢或工字钢等型钢来制作，型　钢的长度方向与水平剪力的方向平行，并采用角焊缝与柱　底板连接。抗剪键的截面和连接焊缝应进行计算确定，焊　缝设计计算一般只考虑正面角焊缝的作用，计算公式如下：　Ｌ　：（　．　一０．４Ｎ）／（０．　，　ＩＢ　）＋４Ｏ　式中，　为正面角焊缝总长度；　为最不利组合时柱　底最大剪力；Ｎ为对应　时柱底轴力；　

浅谈门式刚架轻型房屋钢结构的设计

【摘 要】本文主要概括的论述了门式刚架轻型房屋钢结构设计的一些要点，希望能将门式刚架轻型房屋钢结构更好的应用于人们的生活当中。

【关键词】门式刚架；轻型房屋；钢结构；檩条；节点；墙梁；拉条

近几年，门式刚架轻型房屋钢结构在我国迅速发展起来的一种新型结构体系，被广泛应用于工业厂房、仓库等众多的工业和民用建筑中，而追求其设计的更完善就成为了摆在我们建筑人员面前的重要课题。

1 结构构件设计

在门式刚架轻型房屋钢结构体系中宜尽可能采用轻型结构构件。门式刚架轻型房屋钢结构，应根据房屋的平面尺寸、高度和荷载的不同情况，合理确定门式刚架的跨度、间距，平衡外包面（墙面和屋面）与主刚架的用钢量，优化整个房屋结构的经济指标。当确定了房屋的平面尺寸和高度时，山墙墙架结构和屋面天沟是基本确定的，因此下面的研究讨论不考虑山墙墙架结构和屋面天沟的影响。

1.1 檩条设计

檩条一般设计成简支构件。当檩条跨度为4.5～6.0m时，设一道拉条；当檩条跨度大于6m时，设两道拉条。计算分析表明，当檩条跨度分别为6.0m、7.5m、9.0m时，檩条的经济平均用钢量（含

拉条）一般分别约为5.0kg/m2、5.5kg/m2、7.5kg/m2。一般情况下，当檩条跨度确定时，檩条间距越大，檩条的平米用钢量越小。所以，房屋单跨跨度小的，宜采用较小檩距；房屋单跨跨度大的，宜采用较大檩距。

1.2 墙梁设计

墙梁一般设计成简支构件。当墙梁跨度为4.5～6.0m时，设一道拉条；当墙梁跨度大于6m时，设两道拉条。墙面板一股与墙梁有可靠的连接，能约束墙梁外翼缘的侧向位移和扭转，因此拉条一般设置在距离墙梁内翼缘1/3腹板高度范围内，以约束墙梁内翼缘的侧向位移和扭转。

2 支撑设计

门式刚架结构需要采用各种可靠的支撑结构以加强结构的整体和局部稳定性及力的可靠传递。支撑形式主要有：

・１５８・　建筑与发展　３ｉａｎ　ＺｈｕＹｕ　ＦｏＺｈｏｎ　建筑论坛　３ｉｏｎ　Ｚｈｕ　ＬｕｎＴａｎ　浅析门式刚架轻型钢结构设计与施工　孙寿宏　吴江市新海飞钢构净化工程有限公司　２１５２１４　【摘要】门式刚架轻型结构形式较多，安装方便，成本低，已广泛应用于建筑设计中。本文首先对门式刚架轻型钢结构的设计进行简单的总　结，并结合工程实践中门式钢架结构的制作和安装所存在的特殊问题进行探讨，提出了解决方法。　【关键词】门式结构设计施工抗剪键　由于具有强度高、构件尺寸小、自重轻、施工速度快、抗震性　能好及工业化程度高的特点，门式刚架轻型钢结构在现代建筑中得到　广泛发展和应用，特别在工业厂房和仓库等的建设中更是占据重要的　地位。由于传统观念及其他原因，多年以来钢结构的发展及应用较钢　筋混凝土结构迟缓，许多业主甚至设计人员对钢结构建筑多方面的优　越性认识还不够，因此，为了更好的适应新形势下钢结构建筑发展的　要求，设计人员更需要不断充实对钢结构设计思维。　１刚架梁计算　门式刚架的梁柱构件一般为实腹式焊接工字钢或轧制Ｈ型钢，中　柱为摇摆柱时，中柱截面也可用箱形截面。为减少用钢量，降低工　程造价，构件截面通常采用变截面形式。梁柱截面通常是尽量采用较　大高度，减小腹板厚度，以便实现截面最大抗弯承载能力。因此，　在门式刚架的实际设计一｝１，刚架梁的截面通常是由整体稳定控制，计　算长度的选取对结构设计的经济性起到重要的作用。例如，以一耿轴　对称工字型截面刚架梁为例，钢材材质选用Ｑ２　３　５Ｂ钢，平面外回转半　径ｉ＝５ｃｍ，稳定系数按卜式计算：　ｂ　１．０７一＾　２～　／（４４００×２　３５）　≤１　２０　当平面外计算长度ｌＪ，－３ｍ时，　＝６０，中．＝Ｏ．９２：当平面外计算　长度Ｌ、　－６ｍ时，＾、　＝１　２０，　．、＝０．６７。由此叮见，平面外计算长度取　值对稳定应力计算的影响。　在门刚设计中，有的设计人员对刚架梁平面外计算长度取隅撑间　距或两倍隅撑间距，实际上，由于隅撑都是采用普通螺栓连接，且　与隅撑卜端相连的檩条也是通过普通螺栓与刚架梁上翼缘连接，因　此，只有梁下翼缘发生一定的侧向位移时，隅撑才能起到侧向支撑点　的作用，考虑到梁　缘同时也会发生侧向移动，粱卜翼缘侧向支撑　点ｔ”部位置的隅撑作为支撑点的作用将进一步削弱。因此，如考虑隅　撑作为卜翼缘侧向支撑点，应取靠近系杆所在位置的隅撑。　２系杆设计　在一般的轻钢结构【｛，，　屋面支撑多采用带张紧法兰的圆铡，只能　承受拉力，如果不设置能传递压力的系ｌ杆，屋面支撑就无法形成有效　传递水平力的平面桁架结构。系杆一般单独设置，并与杵问支撑布置　相配合。截面选择多采用热轧尤缝钢管，仃时也可由檩条或犀面钢灭　沟兼作，此时檩条或犀面钢灭沟及其连接节点应满足对压弯杆件的刚　度、承载力和构造要求，并且，连接位置应与柱间支撑位置相一敏，　以便于传力直接。　常用的设计软件”ｔ　，对系杆的设计时，通常是ｔｊ犀面支撑同时进　行，将总的风荷载除以…‘列柱的｝｝问支撑数后，作为节点集　ｌｌ荷载施　加到犀曲支撑与系杆组成的水甲桁架Ｅ。这种处理对犀向支撑设计没　彳『什么问题，ｆｌ『对系杆来说，值得商榷。由于风荷载是由柱问支撑　共同承受传递到　础卜，在每一列系杆ｌ１】，沿纵向方向是一个水甲力　逐渐分配的过程，每经过一个柱问支撑所在位置，轴力便分配一次，　所以，对所仃的系杆统一取荷载进行设计，势必对房屋端部位置的系　杆偏于不安全，而对中间位置的系杆又偏于保守。建议在对系杆设计　州，对不同位置的系杆采用不同的风荷载系数进行设计，以一列柱布　ｌＩ道柱间支撑为例，风荷载总体形系数为１．３，迎风面为０．８，背　风面为一０．５。从迎风面开始，抗风柱至第一个柱间支撑间（包括柱　间支撑所在的柱问）承担的风荷载比例为０．８。第一列柱问支撑至第　二列柱问支撑间（包括柱间支撑所在的柱间）承担的风荷载比例为０．　８—１．８／３－０．３７，以此类推得到所有系杆风荷载分配系数，设计时，应　考虑左风和右风的分别作用。　３抗剪键的设计　由于门刚结构自重较轻，在风荷载较大地区的工程设计中，有时　会出现剪力较大，而竖向力较小，甚至会出现拔力的情况，此时，　单单靠柱底板与基础顶面的摩擦力难以抵抗水平力，因而，需要设置　抗剪键来分担水平剪力。抗剪键一般采用截面刚度较大的槽钢或工字　钢等型钢来制作，型钢的长度方向与水平剪力的方向平行，　采用角　焊缝与柱底板连接。抗剪键的截面和连接焊缝应进行计算确定，焊缝　设计计算一般只考虑正面角焊缝的作用，计算公式如Ｆ：　Ｌ　（ｖ　一０．４Ｎ）／（０．７ｆ　Ｂ）＋４０　式中，Ｌ．为正面角焊缝总长度；Ｖ　，为最不利组合时柱底最大剪　力；Ｎ为对应Ｖ　．　时柱底轴力；ｆ　为角焊缝设计值；Ｂ．为正面角焊　缝强度设计值增大系数，可取１．２　２。　基础施工时，需预留抗剪键槽，抗剪键槽的平面尺寸较抗剪键截　面尺寸稍大，具体以方便二次灌浆为宜　４工程实例　某仓库结构形式为双跨门式刚架轻型钢结构，单跨跨度为４　５ｍ，　柱距７．２ｍ，边柱柱顶标高８．７３０ｍ，【｝１柱为摇摆柱。仓库屋面为压型　钢板屋面，四周为砌体围护结构。每列柱，沿纵向共布置四道柱问　支撑，为门式支撑。工程所在地地震设防烈度为６度，设计地震分　组为第二组，基本风Ｊ玉为１．０ｋＮ／ｍｚ。刚架设计‘时，屋面恒载取０．３ｋＮ／　ｍ　，活载取０．３ｋＮ／ｍ　，结构设计软件采用ｓＴｓ讣算软件。　由于风荷载和刚架跨度较大，为了减少　础造价，降低对地　承　载力要求，刚架柱柱底均采用铰接。根据各榀刚架受荷面积，以及　风荷载体型系数的不同，所何刚架沿纵向分为三个标准刚架　睡榀端　刚架为ＧＪ１，　端第二榀刚架为ＧＪ２，其余各榀为ＧＪ３。以ＧＪ３为例，　钢构件除中间摇摆柱为箱形截面以外，其余构件截面形式均为变截面　焊接工字钢。结构设计时，刚架梁甲面内计算长度按程序默认取值，　平嘶为计算长度取系杆问距５．Ｏｍ。刚架杆　内计算长度按程序默认　取值，甲面计算长度取３．０ｍ。所用钢材材质为Ｑ　３　４　５Ｂ钏。结合弯矩　包络图，刚架梁共分为十一个分段，考虑运输方便，最大分段长度　为１　２．５ｍ。根据计算结果，刚架｝牛断【ｆＬｆ尺寸为（６００～１１　００）×３００　×８　ｘ　１　４，随侧与刚架杵相连接的刚架粱分段截面为（９００～１　５００）　×２１０　Ｘ　８×１４，跨　Ｉ】刚架粱最大截俩为１６００　Ｘ　３００×８×１４，ｌ｝１丰｛：　杆顶刚架梁最大截面为１　５００×２７０　Ｘ　８×１４。