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36米跨度轻型门式钢架结构设计前言我国钢结构体系的发展大致经过了这样的时期：1990年以前，钢结构建筑在工业领域中的主要应用是重型厂房中的排架结构体系，在民用领域中的主要应用是螺栓球或焊接球网架结构；自1990 年代起，钢结构在我国进入了快速的全面的发展和应用时期。
门式钢刚架结构被大量应用于工业厂房、超市、仓库中；钢框架在多高层建筑中也得到了越来越多的应用；薄壁彩钢板已大量应用于各类结构的维护体系和无梁无柱穹顶中；钢管直接汇交焊接结构及其与高强度拉索的组合结构已推广应用于各类体育、文化等公共建筑中；冷弯薄壁型钢截面除广泛应用于檩条等维护结构构件外也开始作为结构的主要受力构件或其组成部件得到应用。
现代钢结构体系由热轧截面、焊接截面和冷弯薄壁型钢截面构件组成。
人们往往将钢结构划分为普通钢结构和轻型钢结构两大类。
但是，究竟如何定义或区分这两类结构，却存在着很多不同的标准。
例如，结构跨度的标准，结构层数的标准，结构用途的标准，吊车吨位的标准等。
这些标准都有一定的合理性，但是都是建立在结构体系外在因素或特征基础上的。
事实上，轻型钢结构体系的本质是“轻”，实现这一本质的条件是截面板件要“薄”，设计时必然要考虑板件局部失稳后的极限强度。
所以，从结构工作机理和设计计算原理的角度出发，轻型钢结构体系是指“结构构件采用较薄板件，设计时考虑板件局部失稳后的后继强度的钢结构体系”。
门式钢刚架是典型的轻型钢结构，也是目前国内应用最为广泛的轻型钢结构。
早期典型的门式钢刚架是1910 年布鲁塞尔世博会的德国机械工程展厅，采用了多层阶形钢框架结构；1932 年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构[1]。
现代轻型门式钢刚架体系是由国外钢结构专业公司引入我国的，它包括主结构系统（刚架、支撑、抗风柱等）、次结构系统（屋面和墙面檩条等）、辅助结构体系（挑檐、雨蓬、女儿墙、楼梯、吊车梁等）、围护板材体系、柱脚和基础等。
近年来钢结构建筑在我国出现了非常快的发展势头，应用范围不断扩大，目前，我国钢结构建筑的发展处在建国以来最好的一个时期。
32t吊车门式刚架轻钢厂房的结构设计导言本文重点介绍了某管桩有限公司带32t吊车门式刚架轻钢厂房的刚架和吊车梁的设计，屋面和柱间支撑的设计，檩条及和墙梁的设计。
同时对本工程设计中几个主要问题的处理，也进行了较详细的讨论和介绍，可供同类工程设计时参考。
工程概况某管桩公司生产车间位于河北，厂房长度为6×23=138m，宽度为24+21=45m，屋面坡度为8%，双屋脊，建筑面积为6400㎡，其中：24m跨有32/5t桥式吊车一台，20t/5t桥式吊车二台，21m跨有10t桥式吊车一台，5t单梁桥式吊车一台（以上吊车工作级别均为A5），牛腿标高6.900，柱顶标高11.500，屋面为角驰Ⅱ暗扣式单层压型钢板+75厚吸音保温棉+不锈钢丝网，墙面为单层压型钢板。
本工程建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，屋面活荷载对于刚架构件，其受荷水平投影面积大于60㎡，取为0.3kN/㎡，雪荷载为0.45kN/㎡，故取较大值为0.45kN/㎡；屋面活荷载对于檁条，屋面板等局部构件取值则为0.5kN/㎡；基本风压为0.45kN/㎡，地面粗糙度类别为B类；抗震设防烈度为6度。
刚架构件材质采用Q345B；吊车梁因其工作较频繁，需要进行疲劳验算，而最低日平均温度为-6℃，要求所选钢材应具有0℃冲击韧性的合格保证，故吊车梁材质采用Q345C，其它檩条，墙梁，支撑材质采用Q235B。
计算软件采用PKPM的STS软件。
刚架和吊车梁的设计考虑制作安装简便，刚架柱，梁均采用实腹式焊接H型钢，门式刚架用STS 软件进行分析计算时，对屋面活荷载考虑其各跨的不利布置，对吊车的竖向及水平荷载，当参于组合的吊车台数为2台时，对其进行折减，折减系数取为0.9。
由于桥式吊车起重量为32t，已超出《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（下称轻钢规范）的适用范围，故刚架柱采用《钢结构设计规范》（下称钢结构规范）验算，由于吊车梁可作为柱子的侧向支承点，故下柱平面外计算长度取为7.5m 即基础面至牛腿面的长度，上柱平面外计算长度取为4.6，即牛腿面至柱顶的长度；而对于屋面变截面梁，由于钢结构规范只能用等效截面来验算，会存在一定误差，所以屋面变截面梁的强度和稳定仍按轻钢规范来验算，其平面外计算长度取为两屋面隅撑之间的距离，对于屋面变截面梁的挠度则按钢结构规范从严控制。
门式刚架计算原理和设计实例之五第五章辅助结构系统轻型钢结构的辅助结构系统包括挑檐、⾬篷、吊车梁、⽜腿、楼梯、栏杆、检修平台和⼥⼉墙等，它们构成了轻型钢结构完整的建筑和结构功能。
第⼀节⾬篷和挑檐⼀、⾬篷钢结构⾬篷同钢筋混凝⼟结构⾬篷⼀样，按排⽔⽅式可分为有组织排⽔和⾃由落⽔两种。
钢结构⾬篷的主要受⼒构件为⾬篷梁，其常⽤的截⾯形式有轧制普通⼯字钢、槽钢、H型钢、焊接⼯字形截⾯等，当⾬篷的造型为复杂的曲线时亦可选⽤矩形管或箱形截⾯等。
在轻型门式刚架结构中，⾬篷宽度通常取柱距，即每柱上挑出⼀根⾬篷梁，⾬篷梁间通过C型钢连接形成平⾯。
挑出长度通常为1.5m 或更⼤，视建筑要求⽽定。
⾬篷梁可做成等截⾯或变截⾯，截⾯⾼度应按承载能⼒计算确定。
通常情况下⾬篷梁挑出的长度较⼩，按构造做法，其截⾯做成与其相连的C型钢截⾯同⾼：当柱距为6m时，连接⾬篷梁的C型钢为16＃，⾬篷梁亦取16＃槽钢；当柱距为9m时，连接⾬篷梁的C型钢为24＃，⾬篷梁取25＃槽钢；有组织排⽔的⾬篷可将天沟设置在⾬篷的根部或将天沟悬挂在⾬篷的端部，⾬篷四周设置凸沿，以便能有组织的将⾬⽔排⼊天沟内。
图5-1～5-3为⼏种常见⾬篷的做法。
（a）(b)图5-1 ⾃由落⽔⾬篷(a)(b)(c)图5-2 有组织排⽔⾬篷（a）A-A （b）B-B（c）C-C图5-3 ⾬篷节点详图⼆、挑檐在轻型门式刚架⼚房结构中，通常将天沟（彩钢或不锈钢）放置在挑檐上，形成外天沟。
挑檐挑出构件的间距取柱距，即挑出构件作为主刚架的⼀部分，挑出构件之间由C型钢檩条连接，。
图5-4所⽰为典型的挑檐构造。
图5-4 典型的挑檐构造挑檐柱承受C型钢墙梁传递轻质墙体的竖向荷载和风荷载，挑檐梁主要承受考虑天沟积⽔满布荷载或积雪荷载。
挑檐各构件（挑檐柱、挑檐梁）截⾯通常采⽤轧制⼯字钢或⾼频H型钢，截⾯⼤⼩由承载⼒计算确定。
挑檐计算简图如图5-5所⽰，将挑檐柱和挑檐梁⽰作⼀个整体，端部与刚架柱固接，即作为悬臂构件计算。
第二章轻型门式钢刚架设计的差不多理论第一节结构布置和材料选用一、结构组成轻型门式钢刚架的结构体系包括以下组成部分：（1）主结构：横向刚架（包括中部和端部刚架）、楼面梁、托梁、支撑体系等；（2）次结构：屋面檩条和墙面檩条等；（3）围护结构：屋面板和墙板；（4）辅助结构：楼梯、平台、扶栏等；（5）基础。
图2-1给出了轻型门式钢刚架组成的图示讲明。
图2-1 轻型钢结构的组成平面门式刚架和支撑体系再加上托梁、楼面梁等组成了轻型钢结构的要紧受力骨架，即主结构体系。
屋面檩条和墙面檩条既是围护材料的支承结构，又为主结构梁柱提供了部分侧向支撑作用，构成了轻型钢建筑的次结构。
屋面板和墙面板起整个结构的围护和封闭作用，由于蒙皮效应事实上也增加了轻型钢建筑的整体刚度。
外部荷载直接作用在围护结构上。
其中，竖向和横向荷载通过次结构传递到主结构的横向门式刚架上，依靠门式刚架的自身刚度抵抗外部作用。
纵向风荷载通过屋面和墙面支撑传递到基础上。
二、结构布置轻型门式钢刚架的跨度和柱距要紧依照工艺和建筑要求确定。
结构布置要考虑的要紧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，轻型钢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。
温度伸缩缝可通过设置双柱，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。
布置的要紧原则如下：（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纳刚性系杆，交叉斜杆可采纳柔性构件。
刚性系杆是指圆管、H型截面、Z或C型冷弯薄壁截面等，柔性构件是指圆钢、拉索等只受拉截面。
柔性拉杆必须施加预紧力以抵消其自重作用引起的下垂；（2）支撑的间距一般为30m-40m，不应大于60m；（3）支撑可布置在温度区间的第一个或第二个开间，当布置在第二个开间时，第一开间的相应位置应设置刚性系杆；（4） 45的支撑斜杆能最有效地传递水平荷载，当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时应考虑设置双层柱间支撑；（5）刚架柱顶、屋脊等转折处应设置刚性系杆。
YJK门式刚架设计用户例题展示：例题：单跨双坡门式刚架1.设计条件刚架跨度30m，柱高6m，柱距6m，屋面坡度1/10，柱网及平面布置见图，刚架形式及几何尺寸见图，屋面及墙面为压型钢板复合板。
檩条及墙梁为薄壁卷边C型钢，檩条间距 1.5m，钢材采用Q345钢。
2.荷载（1）永久荷载标准值(水平投影)屋面板及保温屋0.35 KN/m2檩条、拉条、支撑等0.05 KN/m2悬挂设备及照明灯0.10 KN/m2合计0.5KN/m2;（2）可变荷载标准值屋面活荷0.5KN/m2（3）风荷载标准值基本风压值0.5KN/m2;地面粗糙度系数按B类取值；风荷载高度变化系数按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定采用。
当高度小雨10m时按10m高度处的数值采用，??2= 1.0；风荷载体型系数按荷载规范表8.3.1取用。
3.构件设计（1）门式刚柱、门式刚梁根据门规宽厚比、高厚比要求选用截面分别为：变截面柱H600~400x300x8x12,门式刚梁分成三段截面分别为：变截面H600~400x300x8x12,等截面H400x300x8x12, 变截面H400~600x300x8x12;（2）压型钢板厚度0.6mm。
（3）檩条选用C型薄壁卷边槽钢，檩条间距 1.5m，（4）屋面支撑系统：水平交叉支撑采用?16圆钢；（5）边跨及屋脊系杆采用圆钢管?200×180；（6）柱间交叉支撑采用角钢L80x6；（7）抗风柱截面为H400x250x8x10.一：建模型采用普通建模方式1：布置网格2：布置门式刚柱、门式刚梁（1）变截面边柱要根据柱外皮位置来定义垂直边（2）由于工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮，可以填写偏轴偏心来实现，并在支撑布置以及边跨系杆布置时也要考虑偏心；也可以不考虑柱偏心避免建模的繁琐，使两边跨轴线向屋脊线各移动H（小头）/2，轴线跨度减小400即可。
如下轴线网格：3：布置柱间支撑及抗风柱4：布置屋面系杆、交叉支撑5：点高找坡使用三点点高时首先要选择三点来确定一个面，然后选择在这个面上的构件。
文章编号:１００９￣６８２５(２０２０)１６￣００３８￣０３轻型门式刚架结构设计收稿日期:２０２０￣０４￣２９㊀作者简介:沈玉光(１９８６￣)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师沈玉光(中国轻工业武汉设计工程有限责任公司ꎬ湖北武汉㊀４３００００)摘㊀要:以某工业建筑综合生产车间三跨门式刚架轻型钢结构工程为例ꎬ介绍了门式刚架结构的设计过程ꎮ通过对比主钢架分别采用Ｑ２３５Ｂ钢材及Ｑ３４５Ｂ钢材的用钢量和对比屋面分别采用简支檩条及连续檩条方案ꎬ可知采用Ｑ３４５Ｂ钢材和屋面连续檩条为更加经济合理的方案ꎮ通过对门式刚架结构的结构设计分析ꎬ为类似的门式刚架结构设计提供参考ꎮ关键词:门式刚架ꎬ计算长度系数ꎬ柱脚节点ꎬ应力比ꎬ檩条中图分类号:ＴＵ３１８文献标识码:Ａ０㊀引言单层门式刚架结构是指以轻型焊接Ｈ型钢(等截面或变截面)㊁热轧Ｈ型钢(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ꎬ用冷弯薄壁型钢(槽钢㊁卷边槽形㊁Ｚ形等)做檩条㊁墙梁ꎻ以压型金属板(压型钢板㊁压型铝板)做屋面㊁墙面ꎻ采用聚苯乙烯泡沫塑料㊁硬质聚氨酯泡沫塑料㊁岩棉㊁矿棉㊁玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系ꎮ门式刚架结构具有质量轻㊁工业化程度高ꎬ施工周期短㊁综合经济效益高㊁柱网布置比较灵活等优点ꎬ较多被采用[１]ꎮ１㊀本工程的设计条件１.１㊀建筑条件本工程结构形式为轻型门式刚架结构ꎬ建筑面积３３２１.０２ｍ２ꎬ建筑高度１１.４００ｍ(女儿墙顶部至室外地面高度)ꎬ轻钢屋面排水坡度为５％ꎬ墙体１.０００ｍ以下为煤矸石多孔砖ꎬ以上为１００ｍｍ厚玻璃棉夹心组合式彩板墙体ꎬ燃烧性能Ａ级ꎬ屋面采用双层玻璃棉夹心组合压型钢板ꎮ在④轴~⑦轴之间有５ｔ的桁车ꎮ１.２㊀设计参数及荷载本工程位于湖北省鄂州市ꎬ主体结构设计使用年限为５０年ꎻ结构的安全等级为二级ꎻ建筑抗震设防类别:丙类ꎻ设防烈度６度ꎻ基本地震加速度０.０５ｇꎻ设计地震分组第Ⅰ组ꎻ场地土类别:Ⅲ类ꎮ基本风压:０.３５(ˑ１.１)ｋＮ/ｍ２ꎻ地面粗糙度类别:Ｂ类ꎻ基本雪压:０.６ｋＮ/ｍ２(按１００年重现期)ꎮ屋面板㊁檩条的施工或检修集中荷载(人和小工具的自重)不得超过１.０ｋＮꎮ屋面恒荷载０.３ｋＮ/ｍ２ꎬ屋面活荷载计算钢梁取０.３ｋＮ/ｍ２ꎬ计算檩条时取０.５ｋＮ/ｍ２ꎮ２㊀结构体系布置根据ＧＢ５１０２２ ２０１５门式刚架轻型房屋钢结构技术规范规定ꎬ门刚纵向伸缩缝间距为３００ｍ[２]ꎮ支撑设置:端部支撑宜在温度区段端部第一或者第二开间设置柱间竖向支撑ꎬ同时在对应的位置设置屋面水平支撑ꎮ柱间支撑应设置在侧墙柱列ꎮ当有吊车时ꎬ每个吊车跨两侧柱列均应设置吊车柱间支撑ꎮ柱间支撑间距取３０ｍ~４５ｍꎮ当房屋宽度大于６０ｍ时内柱列宜适当设置支撑ꎮ有不小于５ｔ的吊车房屋柱间支撑宜采用角钢ꎮ本工程在温度区段端部第一跨布置屋面水平支撑和柱间竖向支撑ꎬ支撑间距为３９.１００ｍꎮ在屋脊处及边柱柱列顶部布置刚性系杆ꎮ柱脚节点设计:有吊车的内柱列柱脚做刚接柱脚ꎬ顶部与梁刚接ꎮ外柱列做铰接柱脚ꎬ顶部与梁刚接ꎮ构件设计:采用Ｑ３４５Ｂ材质ꎬ柱初选截面时ꎬ内柱列柱采用等截面Ｈ型钢柱ꎬ外柱列柱采用变截面Ｈ型钢柱ꎮ变截面柱在柱脚处的高度不宜小于２００ｍｍ~２５０ｍｍꎮ在一个跨度内ꎬ变截面梁端高不宜小于跨度的１/４０~１/３５ꎬ中段高度则不小于跨度的１/６０ꎮ本工程经初选截面并试算调整后ꎬ中间榀钢架边柱为焊接Ｈ型钢Ｈ(３００~７００)ˑ３００ˑ８ˑ１４ꎬ中柱采用Ｈ５００ˑ２５０ˑ８ˑ１２ꎮ山墙端榀边柱Ｈ(３００~７００)ˑ３００ˑ８ˑ１２ꎬ中柱采用Ｈ５００ˑ２５０ˑ８ˑ１２ꎮ宽厚比限值为１５２３５/ｆｙꎬ高厚比限值为２５０２３５/ｆｙꎮ屋Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒＬｉｕＹａｎｇ㊀ＺｈａｎｇＹｕ㊀ＷａｎｇＬｉ㊀ＪｉａｏＺｈｉｓｅｎ(ＴｈｅＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＱｉｑｉｈａｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＱｉｑｉｈａｒ１６１００６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｔｙｐｅｓｏｆｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄꎬｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒꎬａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｆｓｏｍｅｄｏ￣ｍｅｓｔｉｃｓｃｈｏｌａｒｓｏｎｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄꎬｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆａｃ￣ｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｓｅｃｔｉｏｎａｌｓｔｅｅｌｒａｔｉｏꎬｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓｒａｔｉｏꎬｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｔｅｅｌｔｙｐｅｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒａｎｄｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｐｅｃｉａｌ￣ｓｈａｐｅｄｃｏｌｕｍｎｓꎬｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒꎬＡＢＡＱＵＳ８３ 第４６卷第１６期２０２０年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山西建筑ＳＨＡＮＸＩ㊀ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４６Ｎｏ.１６Ａｕｇ.㊀２０２０㊀㊀㊀面变截面钢梁的分段根据钢梁两端的支撑条件和钢梁的受荷弯矩图及工程经验确定ꎮ单跨内分三段ꎬ长度比例为１ʒ２ʒ１ꎬ以此比例为变截面屋面钢梁分段最为经济合理ꎮ本工程为单屋脊双坡三跨钢架ꎬ两边跨的分段为５.５ｍꎬ１１ｍ和５.５ｍꎬ中间跨分段为５.５ｍꎬ１０ｍ和５.５ｍꎬ见图１~图３ꎬ表１ꎮ图1刚架及屋面支撑平面布置图GJ1TGJTGJGJ2GJ2GJ2GJ2GJ2GJ1SC1X G 2X G 2X G 2X G 1X G 1X G 1X G 1X G 2SC1X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 1X G 1X G 1X G 1X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 2X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 1X G 15%5%3500350080007000700070007000700070007000800065000⑩①②③④⑤⑥⑦⑧⑨80007800780078007800780047000GFE DCBA图2①轴、⑩轴竖向支撑布置图Z C1Z C 1Z C1Z C 18900200-0.3008.60047000800078007800780078007800ABCDEFG图3④轴、⑦轴竖向支撑布置图Z C 1Z C16100200-0.3009.77547000800078007800780078007800ABCDEFG5.8003003975Z C2Z C 2 168×5.0Z C 1Z C1Z C2Z C 2 168×5.0表１㊀构件明细表编号名称截面备注ＸＧ１系杆ϕ１５９ˑ５.０Ｑ２３５ＢＸＧ２系杆ϕ１６８ˑ５.０Ｑ２３５ＢＳＣ１水平支撑ϕ２５Ｑ２３５ＢＺＣ１竖向支撑２Ｌ１１０ˑ８Ｑ２３５ＢＺＣ２竖向支撑２Ｌ９０ˑ６Ｑ２３５Ｂ３㊀ＰＫＰＭ￣ＳＴＳ系列二维模块建模计算建模过程中几个容易出错参数的选取ꎮ根据ＧＢ５１０２２ ２０１５门式刚架轻型房屋钢结构技术规范７.１.６条及条文说明规定ꎬ实腹式刚架斜梁的平面外计算长度应取侧向支撑点间的距离ꎬ且不小于２倍的隅撑间距ꎮ本工程计算长度取最不利情况为屋面系杆间距８ｍꎮ屋面采用双板加棉ꎬ恒荷载取０.３ｋＮ/ｍ２ꎬ活荷载取０.５ｋＮ/ｍ２ꎬ雪荷载取０.６ｋＮ/ｍ２(按１００年重现期)ꎮ荷载组合时屋面活荷载与雪荷载不同时考虑ꎮ根据«门规»[２]和«荷规»[３]ꎬ雪荷载应考虑不均匀分布ꎬ有女儿墙的还应考虑积雪效应系数ꎮ本工程积雪效应系数Ｕｒｍ[３]＝１.５ｈ/ｓ０＝１.５ˑ２.４/０.６＝６>２ꎬ取２ꎬ有女儿墙的积雪范围ａ＝２ｈ＝４.８ｍꎮ在ＰＫＰＭ中输入５组互斥荷载ꎬ分别为活荷载ꎬ雪荷载均匀分布ꎬ不均匀分布１ꎬ不均匀分布２和考虑积雪效应分布ꎮ第五种互斥荷载为考虑有女儿墙的积雪效应ꎬ取值为雪荷载均匀分布和分别距离两边柱４.８ｍ范围内的１倍的雪荷载的叠加ꎮ约束布置:中榀ꎬ边柱底部铰接ꎬ顶部刚接ꎬ两个中柱两端均刚接ꎮ山墙榀ꎬ抗风柱底部刚接ꎬ顶部铰接ꎬ其他柱端部连接形式同中榀ꎮ４㊀计算结果分析４.１㊀主钢架分别选用Ｑ２３５Ｂ钢材和Ｑ３４５Ｂ钢材计算结果对比分析主刚架经ＰＫＰＭ试算调整后最终计算结果如下:中榀主钢架计算结果:图4Q235B 材质钢结构应力比图（一）0.650.60（90）0.85（111）0.850.000.720.810.000.820.860.000.900.740.000.760.000.420.000.000.000.000.000.720.850.810.820.900.860.740.760.420.460.460.860.670.79（52）0.69（69）0.65（52）0.67（103）0.860.79（52）0.69（69）0.670.65（52）0.67（103）0.650.60（90）0.85（111）钢结构应力比图说明：柱左：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值右上：平面内稳定应力比（对应长细比）右下：平面外稳定应力比（对应长细比）梁上：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值左下：平面内稳定应力比右下：平面外稳定应力比图5Q345B 材质钢结构应力比图（一）0.560.52（97）0.94（111）0.820.000.850.720.000.620.800.000.940.660.000.710.000.400.000.000.000.000.000.850.820.720.620.940.800.660.710.400.400.400.780.72（57）0.61（69）0.500.50（57）0.56（103）钢结构应力比图说明：柱左：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值右上：平面内稳定应力比（对应长细比）右下：平面外稳定应力比（对应长细比）梁上：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值左下：平面内稳定应力比右下：平面外稳定应力比0.560.52（97）0.94（111）0.780.72（57）0.61（69）0.500.50（57）0.56（103）㊀㊀根据图４和图５可知ꎬ钢柱和钢梁的强度㊁平面内和平面外应力比均不超过０.９５ꎬ多数构件的应力比在０.８~０.９之间ꎮ计算时使各个构件应力比比较均匀且在０.８~０.９之间ꎬ用材会比较经济合理ꎮ由ＰＫＰＭ计算可知ꎬ中榀主刚架采用Ｑ２３５Ｂ和Ｑ３４５Ｂ钢材ꎬ质量分别为８.７３６ｔ和９.６５９ｔꎮ二者相差约１ｔ钢材ꎬ而两种钢材价格相差无几ꎬ所以采用Ｑ３４５Ｂ钢材比较经济ꎮ本工程采用Ｑ３４５Ｂ钢材ꎮ边榀山墙处主钢架计算结果:边榀山墙处主钢架ꎬＰＫＰＭ建模中ꎬ抗风柱设置为仅承９３ ㊀㊀㊀第４６卷第１６期２０２０年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀沈玉光:轻型门式刚架结构设计担水平风荷载ꎬ不承担竖向荷载ꎮ根据图６ꎬ图７可知ꎬ大多数构件应力比在０.６~０.９之间ꎮ由ＰＫＰＭ计算可知ꎬ边榀山墙处主刚架采用Ｑ２３５Ｂ和Ｑ３４５Ｂ钢材ꎬ质量分别为１２.６７４ｔ和１３.０４３ｔꎮ二者相差约０.４ｔ钢材ꎬ而两种钢材价格相差无几ꎬ所以采用Ｑ３４５Ｂ钢材比较经济ꎮ本工程采用Ｑ３４５Ｂ钢材ꎮ图6Q235B 材质钢结构应力比图（二）0.570.830.470.600.320.890.680.300.350.350.300.680.890.320.600.470.830.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.790.410.520.290.860.610.290.370.370.290.610.860.290.520.410.790.51（56）0.39（52）0.000.00（42）0.00（31）0.000.00（46）0.00（34）0.680.61（53）0.52（69）0.000.00（53）0.00（40）0.000.00（53）0.00（40）0.000.00（46）0.00（34）0.000.00（42）0.00（31）0.680.61（53）0.52（69）0.130.16（96）0.12（66）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.000.00（52）0.00（39）0.130.16（96）0.12（66）0.610.59（53）0.54（89）0.610.59（53）0.54（89）0.700.000.800.000.000.410.870.740.710.680.000.660.820.000.400.700.670.000.000.740.710.410.000.870.700.800.000.570.51（56）0.39（52）图7Q345B 材质钢结构应力比图（二）0.390.000.700.710.350.000.000.000.000.000.000.000.000.330.330.270.000.000.000.000.000.000.000.710.700.370.350.440.470.280.280.720.720.560.530.240.280.280.240.560.530.270.720.720.280.280.440.470.370.35（8）0.54（124）0.490.040.04（42）0.04（71）0.050.04（46）0.04（73）0.540.48（11）0.43（66）0.060.06（53）0.06（79）0.060.06（53）0.06（79）0.540.48（11）0.44（66）0.050.04（46）0.04（73）0.040.04（42）0.04（71）0.390.35（8）0.54（124）0.000.690.290.000.800.490.000.620.480.000.570.280.000.770.490.000.580.490.000.620.290.000.800.490.000.690.100.11（19）0.17（114）0.000.00（52）0.00（71）0.000.00（52）0.00（73）0.480.45（15）0.45（85）0.000.00（52）0.00（79）0.000.00（52）0.00（79）0.000.00（52）0.00（73）0.480.45（15）0.45（85）0.000.00（52）0.00（71）0.100.11（19）0.17（114）㊀㊀为兼顾安全富裕度和用材经济ꎬ根据工程经验ꎬ门式刚架钢构件应力比控制不应超过０.９ꎬ允许极少数构件的应力比在０.９~０.９５之间ꎮ所有构件应力比应不超过０.９５ꎮ４.２㊀檩条及墙梁设计分析本工程采用ＳＴＳ工具箱进行檩条计算ꎬ屋面檩条选用斜卷边Ｚ型檩条ꎮ当屋面檩条采用简支檩条时ꎬ端跨和中跨檩条分别为ＸＺ２５０ˑ７５ˑ２０ˑ２.５ꎬＸＺ２５０ˑ７５ˑ２０ˑ２.２ꎻ当屋面檩条采用连续檩条时ꎬ端跨和中跨檩条分别为ＸＺ２２０ˑ７５ˑ２０ˑ２.５ꎬＸＺ２２０ˑ７５ˑ２０ˑ２.２ꎮ通过对比发现此等规模的房屋采用连续檩条比简支檩条能降低一个规格ꎬ节省钢材ꎮ所以本工程屋面檩条采用连续檩条ꎬ檩条的搭接长度不宜小于１０％檩条跨度ꎬ对于边跨搭接长度不宜小于１５％檩条跨度ꎮ本工程墙梁选用Ｃ型简支墙梁ꎬ在门窗洞口处的墙梁及门窗柱采用口对口双拼Ｃ型墙梁ꎮ５㊀结语本文以实际工程为例ꎬ详细阐述了门式刚架轻型房屋结构设计的一般过程ꎬ通过门式刚架结构设计得出以下几点结论ꎮ１)门式刚架轻型房屋属于对雪荷载敏感的结构ꎬ设计时基本雪压应取１００年重现期的雪压ꎮ对于有女儿墙的门式刚架ꎬ应考虑积雪效应系数ꎬ屋面雪荷载应取４种工况ꎬ全跨积雪的均匀分布㊁不均匀分布㊁半跨积雪的均匀分布和积雪效应分布ꎮ２)门式刚架柱脚宜按铰接柱脚设计ꎬ当用于工业厂房且有５ｔ以上的桥式吊车时ꎬ可将柱脚设计成刚接ꎮ３)当屋面跨度较大时ꎬ采用实腹式变截面梁比较经济ꎬ单跨内屋面变截面梁变截面的分段长度比例宜为１ʒ２ʒ１ꎮ钢柱顶部与钢梁刚接ꎬ弯矩图反弯点的位置大约在梁１/４和３/４长度处ꎮ４)门式钢架结构ꎬ在满足柱顶位移和钢梁变形的规范要求下ꎬ根据规范要求和工程经验ꎬ通过控制应力比来确定钢构件截面尺寸ꎬ宜使尽量多的钢柱和钢梁的应力比控制在０.８~０.９之间ꎬ允许极个别钢梁应力比超０.９ꎬ禁止任何构件应力比超过０.９５ꎮ这样能在保证结构安全的前提下ꎬ做到用材经济ꎮ５)Ｑ２３５Ｂ和Ｑ３４５Ｂ钢材的价格相差不大ꎬ跨度大的门刚结构主刚架采用Ｑ３４５Ｂ钢能够比较节省钢材ꎮ屋面檩条采用Ｑ３４５Ｂ材质连续檩条比较经济合理ꎮ参考文献:[１]㊀陈绍蕃.房屋建筑钢结构设计[Ｍ].北京:中国建筑工业出版社ꎬ２００７.[２]㊀ＧＢ５１０２２ ２０１５ꎬ门式刚架轻型房屋钢结构技术规范[Ｓ].[３]㊀ＧＢ５０００９ ２０１２ꎬ建筑结构荷载规范[Ｓ].ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅＳｈｅｎＹｕｇｕａｎｇ(ＣｈｉｎａＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙＷｕｈａｎＤｅｓｉｇｎ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＷｕｈａｎ４３００００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｌｉｇｈｔｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｒｏｊｅｃｔｏｆｔｈｒｅｅ￣ｓｐａｎｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅｉｎａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｏｒｋｓｈｏｐｏｆａｎｉｎｄｕｓｔｒｉ￣ａｌｂｕｉｌｄｉｎｇａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.ＢｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｓｔｅｅｌｕｓｅｄｉｎｔｈｅｍａｉｎｓｔｅｅｌｆｒａｍｅｗｉｔｈＱ２３５ＢｓｔｅｅｌａｎｄＱ３４５ＢｓｔｅｅｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｔｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｐｕｒｌｉｎａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｕｒｌｉｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｒｏｏｆꎬｉｔｃａｎｂｅｋｎｏｗｎｔｈａｔｕｓｉｎｇＱ３４５Ｂｓｔｅｅｌａｎｄｒｏｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｕｒｌｉｎｉｓａｍｏｒｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｃｈｅｍｅ.Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅ￣ｓｉｇｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｏｒｔａｌｆｒａｍｅꎬｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｌｅｎｇｔｈｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔꎬｃｏｌｕｍｎｂａｓｅｊｏｉｎｔꎬｓｔｒｅｓｓｒａｔｉｏꎬｐｕｒｌｉｎ０４ 第４６卷第１６期２０２０年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山西建筑㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
