第三章 门式刚架结构设计

门式刚架结构的设计与优化摘要：门式刚架结构是一种广泛应用于工业和商业建筑的重要结构形式。

本文旨在探讨门式刚架结构的设计与优化方法，以提高其结构性能和经济性。

首先，介绍了门式刚架结构的基本原理和常见应用领域。

然后，讨论了门式刚架结构设计中需要考虑的关键因素，包括荷载条件、结构材料、连接方式等。

接下来，介绍了现有的门式刚架结构设计方法，包括经验设计和基于计算机模拟的优化设计。

最后，总结了门式刚架结构设计与优化的挑战，并提出了未来的研究方向。

关键词：门式刚架结构、设计、优化、结构性能、经济性一、引言门式刚架结构作为一种常见的建筑结构形式，广泛应用于工业和商业建筑领域。

它具有结构强度高、刚度好、施工方便等优点，因此备受青睐。

然而，在门式刚架结构的设计过程中，需要考虑多种因素，如荷载条件、结构材料、连接方式等，以确保结构的安全性和经济性。

同时，设计人员也面临着如何优化门式刚架结构的挑战，以提高其结构性能和减少成本。

因此，对门式刚架结构的设计与优化方法进行研究具有重要意义。

本文将探讨门式刚架结构设计与优化的基本原理和方法，以期为相关领域的研究和实践提供参考。

二、门式刚架结构的基本原理和应用领域2.1 门式刚架结构的定义与特点门式刚架结构是一种以钢材构成的框架结构，其特点包括以下几个方面。

首先，它是由水平和垂直的钢梁和柱组成的框架结构，具有稳定性和强度。

其次，门式刚架结构的构件相对简单，易于制造和安装。

此外，钢材具有高强度和刚性，使得门式刚架结构能够承受较大的荷载。

此外，门式刚架结构还具备大跨度的特点，可以创造出宽敞的空间。

2.2 门式刚架结构的常见应用领域门式刚架结构在多个领域得到广泛应用，以下是常见的应用领域。

首先，工业建筑是门式刚架结构的主要应用领域之一，如厂房、仓库、物流中心等，为工业生产和储存提供了宽敞的空间。

其次，商业建筑如购物中心、超市、展览馆等也常采用门式刚架结构，以满足大空间展示和经营的需求。

第三章主结构及其支撑体系第一节主刚架的设计和构造一、刚架的构件和节点形式主刚架由边柱、刚架梁、中柱等构件组成。

边柱和梁通常根据门式刚架弯矩包络图的形状制作成变截面以达到节约材料的目的；根据门式刚架横向平面承载、纵向支撑提供平面外稳定的特点，要求边柱和梁在横向平面内具有较大的刚度，一般采用焊接工字型截面。

中柱以承受轴压力为主，通常采用强弱轴惯性矩相差不大的宽翼缘工字钢、矩形钢管或圆管截面。

刚架的主要构件运输到现场后通过高强度螺栓节点相连。

典型的主刚架如图3-1所示，典型的主刚架节点连接形式如图3-2所示。

图3-1 主刚架包络图及基本形式图3-2 主刚架典型连接节点二、构件截面的强度设计主刚架工字型截面（见图3-3）中翼缘属于三边支承一边自由板件，一旦发生屈曲局部失稳，其屈曲后的后继强度不明显；腹板属于四边支承板件，局部失稳后的后继强度提高较多。

设计时，一般不允许翼缘发生局部失稳，容许腹板局部失稳并利用其屈曲后强度。

图3-3 翼缘与腹板的典型支承条件根据局部稳定计算的等强原则，当翼缘宽厚比yf t b 23515≤时，翼缘不会发生局部失稳。

设计时允许腹板局部失稳，但考虑到刚度及制作等要求，腹板高厚比应作一定要求，目前我国现行《钢结构设计规范GBJ17-88》规定yw f t h 235250≤。

根据薄壁结构理论，腹板在yw f t h 235250≤时会发生屈曲而局部退出工作，因此确定腹板有效面积的抗剪和抗弯承载力成为确定工字型构件截面的强度承载力的关键。

1、 腹板抗剪承载力u Vu V 取决于腹板两侧翼缘及横向加紧肋之间形成的四面支承矩形区域的剪切屈曲应力τcr ，见图3-4所示，τcr 可以由腹板的剪切屈曲模型得到[20]。

构件腹板的主应力场分布见图3-5，在这个模型中横向加紧肋相当于桁架中的受压腹杆，适当增加横向加劲肋的数量可以改变腹板应力场的分布情况，提高区隔的临界应力τcr 从而提高腹板的抗剪承载力u V 。

门式刚架设计课件第一章：引言1.1 课程介绍本课程主要介绍门式刚架的设计原理、结构特点、计算方法以及实际应用。

通过学习本课程，学生将掌握门式刚架设计的关键知识和技能，为将来从事相关工程设计、施工和研究打下良好的基础。

1.2 课程目标通过本课程的学习，学生应能够：- 理解门式刚架的基本概念和分类；- 掌握门式刚架的结构特点；- 能够进行门式刚架的强度、稳定性和刚度分析；- 熟悉门式刚架的设计规范和标准；- 能够运用理论知识解决实际工程中的门式刚架设计问题。

第二章：门式刚架的基本概念2.1 门式刚架的定义门式刚架是一种常用于工业厂房、仓库、体育馆等建筑结构中的框架结构，其由立柱、横梁和斜撑组成。

门式刚架能够有效地承受垂直荷载和水平荷载，并具有较好的整体刚度和抗震性能。

2.2 门式刚架的分类门式刚架可以根据其横截面形状和结构形式进行分类，常见的分类包括热轧H型钢门式刚架、工字型钢门式刚架、箱形钢门式刚架等。

第三章：门式刚架的结构特点3.1 立柱门式刚架的立柱是承受垂直荷载的主要承重构件，通常采用H型钢或工字型钢。

立柱的截面积和截面尺寸将直接影响门式刚架的承载能力和稳定性。

3.2 横梁门式刚架的横梁承受横向荷载，连接立柱并支撑屋面或天棚。

横梁通常采用工字型钢、箱形钢或焊接钢板构成，其刚度和稳定性需满足设计要求。

3.3 斜撑门式刚架的斜撑通过连接立柱和横梁来增加结构的稳定性和抗侧移能力，一般采用角钢或圆钢构成。

第四章：门式刚架的设计原则4.1 强度设计门式刚架的设计应满足承载能力和变形要求，根据受力情况和材料特性合理确定截面尺寸和构件的截面积。

4.2 稳定性设计门式刚架的稳定性设计应满足构件的侧向稳定和整体稳定要求，通过合理设置斜撑和连接件来增强结构稳定性。

4.3 刚度设计门式刚架的刚度设计应满足结构在受力工况下的变形限制，通过合理设计构件截面尺寸和刚度布置来保证结构的刚度。

第五章：门式刚架的设计规范和标准5.1 国家标准门式刚架的设计应符合相关国家标准和规范要求，例如《钢结构设计规范》（GB 50017-2017）和《建筑结构荷载标准》（GB 50009-2012）等。

门式刚架钢结构设计要点摘要：随着我国经济的发展，我国的建设发展越来越快，建筑中采用的结构形式也越来越多。

目前，门式刚架轻钢结构房屋广泛应用于工业和物流建筑。

由于工期短、自重轻、拆装方便、布置灵活，在建筑业得到了广泛应用。

为了进一步推动门式刚架轻型建筑结构在我国建筑行业的应用，有必要结合其结构优势，对其结构设计要点进行深入分析，优化设计工作，提高结构合理性。

在此基础上，本文简要分析了门式刚架轻型房屋钢结构设计要点。

关键词：门式刚架：轻型房屋钢结构：设计要点前言门式刚架钢结构是轻钢结构的一个分支。

迄今为止，设计、制造和建筑标准都有既定的制度和标准。

使用门式刚架建造的建筑物具有重量轻、工作时间短、外形美观、标准化程度高、综合建筑成本低等优点。

近年来，随着经济建设的需要，大量门式刚架钢结构被应用于工程建设。

一、门式刚架结构的形式及特点门式刚架结构是梁柱构件的组合，是一个由柱与直、弧形、线形梁刚性连接的承重框架体系。

有多种形式。

单层建筑和仓库广泛采用单层、单跨、双跨或多跨双坡度门式刚架。

根据通风和照明的需要，可以设置天窗、通风屋顶和采光带。

门式刚架的构件截面尺寸小，可有效利用建筑空间，从而降低房屋高度和建筑体积，且建筑造型简单美观。

其次，平面内外刚度好、刚度小，为制造、运输和安装提供了有利条件。

门式刚架有多种结构形式，包含如下：按构件体系分，有实腹式与格构式；根据截面组成，有等边截面和可变截面。

实腹式刚架截面通常为h形，少数为z形；网格横截面为矩形或三角形；根据结构材料的选择，采用普通钢、薄壁钢、钢管或钢板焊接。

与传统单层建筑相比，门式刚架钢结构具有以下特点:（1）便于拆除，可用于临时建筑，这是其显着特点。

（2）屋面板采用轻型压型钢板屋面。

因为屋顶很轻，支撑它的结构也很轻。

在外墙方面，砖墙有利于保温，降低了成本，但结构侧向位移要求严格，外观不佳，因此大部分仍采用彩钢墙板。

（3）刚架可采用变截面，且截面与弯矩成正比。

门式刚架钢结构设计【摘要】：本文总结了钢结构设计中应注意的一些问题，如正确选用钢材质量等级和焊缝质量等级，合理设置隅撑，拉条和独立的空间稳定支撑体系，并对门式刚架应采取下列构造措施做了简单的阐述【关键词】：门式钢架；设计；常见问题；【abstract 】：this paper summarizes the steel structure design should pay attention some questions, such as the correct choice of steel quality level and welding quality level, setting up reasonable yu supports, braces and independent space stable support system, as well as the steel frame structure of the concrete floor structure requirement, etc, and the problems are analyzed and discussed.【key words 】：door type steel; Design; Common problem;引言门式刚架房屋钢结构是近十年来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。

此种结构形式具有许多优点，如：大跨度、大空间能满足业主在空间上的要求；自重轻，地震作用小，抗震性能好；施工速度快、周期短能满足业主工程建设时间紧的要求。

总之门式刚架房屋钢结构这一新型结构形式有许多优点，近些年来在我国取得了广泛的应用。

本人从事的有色金属行业选矿工程结构设计，常常设计超出门式刚架钢结构规程范围的钢结构厂房。

2010年版建筑抗震设计规范的出台，对钢结构厂房设计有了一些要求。

浅析门式刚架结构设计轻型门式刚架结构质量轻，安装速度快在工业厂房中广泛使用。

该文主要分析了门式刚架结构设计过程中的平面刚架、纵向支撑系统、围护结构、吊车梁等关键部位的设计要点，并探讨了结构设计初期方案确定的重要性。

简要分析了门式刚架的设计重点、经济效益等。

标签：门式刚架;钢结构;结构设计1引言随着我国近几年经济结构转型，大型仓储类厂房大量建设。

轻型门式刚架因其轻便、经济和安装迅速等优越性被广泛使用，我国也于2016年实施《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015。

因此如何经济合理的设计是轻钢结构设计的要点。

2门式刚架概述门式刚架主要由多榀平面刚架结构用纵向支撑系统联成空间整体空间如图1。

该结构形式受力明确，竖向荷载及横向水平荷载主要由平面刚架承担，纵向水平荷载由纵向支撑系统承受和传递。

外部围护结构由屋面和墙面组成，屋面一般由屋面檩条和轻质屋面板组成，墙面则由墙梁及墙面板组成。

除了以上主要构件的设计外还应根据建筑物的防火等级进行防火设计，选择相应的防火涂料及措施。

海边、化学品存储仓库等应根据防腐蚀要求进行防腐蚀设计。

3平面刚架设计平面刚架设计是门式刚架厂房设计的重点，由随屋面坡度的横梁和钢柱组成，根据厂房的使用要求可以确定钢架高度、跨度及钢梁坡度。

为节省刚架自重及节约造价，屋面横梁一般设计成变截面梁，能更有效的利用构件截面。

刚架设计应整体计算，根据竖向和水平荷载作用下的内力结果和规范的构造要求设计合理的梁柱截面，满足构件的强度及稳定性要求。

平面刚架主要承受的竖向荷载有结构及围护构件自重、通风气楼、屋架悬挂的设备、屋面活荷载、吊车竖向荷载、雪荷载和屋面风荷载组成。

横向水平荷载主要包括风荷载、吊车横向水平荷载、设备运行荷载及地震作用等。

结构设计时还应考虑连接节点的设计及构造。

由于厂房一般跨度大，考虑到钢构件的运输货车最大只能装载15m的构件，一般构件长度宜控制在15m以内。

钢梁的拼接节点宜设置在弯矩及剪力包络图较小处，同时最好避开屋面纵向支撑系统的连接节点处。