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浅谈门式刚架轻型钢结构设计 摘要: 轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式，广泛应用于工业、住宅和公共建筑。门式刚架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式，在我国更是大量涌现。文章对轻型钢结构设计中所存在的部分问题进行了积极的探索并提出了宝贵的经验. 关键词: 门式刚架轻型钢结构 设计 问题措施 中图分类号：TU392.5 文献标识码：A文章编号： Abstract: The light steel structure is now at home and abroad to the development and application of new type fastest structure form, widely used in industrial, housing and public buildicture of a structure, in our country is a ristence of the part of the problem of a positive exploration and put forward some valuable experieign, problem, measures 引言 轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式，广泛应用于工业、住宅和公共建筑。具有高度的工厂标准化制作，方便快捷的现场安装，良好的抗震及环保性能。同时具有建筑外形美观、钢材用量少、造价低廉等优势。而门式刚架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式，在我国更是大量涌现。通过多年来的工程实践，在门式刚架设计方面积累了一点有益经验，以便大家探讨和参考。 1、屋面活荷载的选取和布置 门式刚架结构设计的主要依据为钢结构设计规范（GB50017-2003），冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）和门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002），对于屋面结构，活荷载通常取0.5KN/m2，受荷水平投影面积大于60 m2时可取不小于0.3KN/m2（仅限计算刚架），并且与雪荷载比较取二者较大值。而北方地区，通常是由雪荷载起控制作用。由于风吹，日照等多方面因素影响，对于雪荷载的布置应考虑：（1）计算屋面檩条时，活荷载最小应取0.5 KN/m2，但由于屋面不同区域的积雪分布系数（参照荷载规范）不同，檩条不能一概而论，应采用加大檩条截面、壁厚或者加密檩条的方法进行设计。（2）计算刚架时，应考虑雪荷载的全跨均匀布置，全跨不均匀布置，半跨均匀布置三种情况，而在使用PKPM程序设计门式刚架时，设计参数中“考虑活荷载最不利布置”一项不建议勾选，上述三者视为互斥活荷载分别进行验算即可。 2、刚架间距的选取 刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关，当刚架跨度较小时，选用较大的间距，会增加檩条，系杆，吊车梁的用钢量，是不经济的。门规规定，刚架柱距宜为6m，7.5m，9m，最大可采用12m。经过实际计算对比发现，随着柱距的增大，刚架的用钢量是逐渐下降的，但当柱距增大到一定数值后，刚架用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、吊车梁、墙梁的用钢量会随着柱距的增大而增大，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降而后又上升。因此，在一定条件下，门式刚架存在着一最优间距。通过对多项工程进行试算比较得出结果，当跨度为912m时，柱距宜取6m；跨度为1218m时，柱距宜取7.5m；跨度为1836m时，柱距宜取7.59m。当柱距超过9m时，屋面檩条与墙架体系的用钢量增加太多，综合造价并不经济。 3、 门式刚架梁分段时应注意的问题 1）对于跨度较大, 一般单坡跨度大于15m的门式刚架，其刚架梁的分段应根据弯矩包络图中反弯点的位置来确定，通过在不同的区域设置不同截面的梁来达到受力合理，节省用钢量的目的。根据以往经验，梁的分段宜为1：2或1：2：1。 2）钢梁的分段应满足运输方便的要求。有的工程将单段梁做到2030m，甚至更长，这样不仅不利于工厂的制作加工，同时会给构件的装卸、运输造成很多不必要的麻烦。所以个人建议单段梁的长度不宜超过15m。 3）钢梁分段时，每段梁间通常采用端板连接的方式。为了更好的满足构件加工和现场施工的要求，此每段梁的拼接点应尽量避免和其它节点碰撞，包括抗风柱与梁连接点，系杆与梁的连接点，屋面檩条托板位置等等。 4、梁，柱平面外计算长度的确定 门式刚架的屋面梁、边柱，其平面外的计算长度应取其侧向支撑点的间距。对于梁下翼缘（柱内翼缘），常通过设置隅撑来减小其平面外计算长度，此时的平面外计算长度可取隅撑间距。而对于梁上翼缘（柱外翼缘）的平面外计算长度，当檩条或墙梁与压型钢板间具有可靠连接，即压型钢板通过自攻螺钉或螺栓直接与檩条连接或采用间距不大于500mm的紧固件与檩条连接。此时可以考虑屋面（墙面）所产生的蒙皮效应，计算时可以取2个檩距，一般为3米；若二者之间不具备可靠连接，需要按照系杆的间距来确定其平面外的计算长度。需要注意的是，对于门式刚架的边柱，隅撑的作用只适用于无吊车的情况下，对于有吊车的情况，还应通过柱间支撑，刚性系杆的合理布置来确定其平面外计算长度。 5、风荷载体形系数的选取 体型系数µs，门规中的风荷载体型系数采用的是美国金属房屋制造商协会MBMA低层房屋体系手册，由于其对建筑物的外形尺寸，屋面坡度的要求有着一定的局限性（见门规A.0.2规定），故在选取时应慎重，而更多的是要采用建筑结构荷载规范所规定的风荷载体型系数。我国全国民用建筑工程设计技术措施结构中规定，以建筑跨度与高度比值L/H做界定，对于门式刚架，当L/H4且风荷载较大，屋面荷载较轻时按照门规考虑, 当L/H4时按照建筑结构荷载规范考虑。通过在实际设计过程中所积累的经验，当门式刚架的高度较高，一般情况下檐口高度在12米以上时，按照荷载规范和门规所得出的结果，主要为柱顶位移值和钢柱的平面外稳定应力差异很大。此时应按照两种规范同时验算，保证在使用门规验算的通过的前提下，按照荷载规范也可以满足，切勿单一套用门规，造成结构的不安全。 6、如何控制腹板高厚比 根据门规6.1.1规定，H型截面的腹板可以利用屈曲后强度，腹板高厚比按照GB50018取250 （一般情况下很容易满足）。而当腹板高度变化60mm/m时，腹板高厚比将不按照屈曲后强度控制，此时的腹板高厚比容许值将减小且不易满足，当材质为Q235时为68.4，345时为56.4。为了满足变截面H型钢腹板高度变化尽量不超过60mm/m ，一些设计者直接调整腹板厚度，但这样会使用钢量增加很多，不建议采用。建议利用调整变截面H型钢端部高度或构件长度的方法来解决这一问题。当不允许调整构件端部高度或长度时，可以通过设置腹板横向加劲肋的方法来提高不考虑腹板屈曲强度的容许高厚比，加劲肋间距宜为1.02.0hw。 7、混凝土柱轻钢屋盖结构设计时的注意事项 柱采用混凝土柱，屋面梁采用实腹式H型钢梁，此类结构不等同于一般的门式刚架结构，设计时应注意以下几点： 1） 由于钢梁与混凝土柱连接点很难处理到刚性连接，不能直接将钢柱替换为混凝土柱，设计时梁柱连接应采用铰接连接。考虑到斜梁对柱产生的推力会严重影响柱的配筋和基础底面积，所以此类结构设计时应进行整体分析。整体分析时，梁柱的铰接连接构造有三种：1完全抗剪连接构造2完全滑移连接构造3部分滑移连接构造。不同连接方式对结构计算影响很大，就砼柱配筋和基础尺寸而言，受钢梁水平推力所产生的底部附加弯矩的影响，上述三种情况从大到小依次为132；而对于钢梁的截面而言，上述三种情况从大到小依次为231。.需要特别注意的是，不同的连接方式在实际施工时的节点处理上也要一一对应，切勿理论与实际不符，带来不安全的隐患。 2） 混凝土柱轻钢屋盖结构，此类结构不完全符合门规的适用范围，在设计时，对于上部钢梁应满足钢结构设计规范相关规定。而当采用变截面H型钢梁时，由于钢结构设计规范中不计算变截面梁的整体稳定应力，考虑轴力的影响与变截面稳定计算，梁的承载力计算应按照门规计算；对于梁的腹板高厚比及翼缘宽厚比应按照钢结构设计规范来控制；对于梁的挠度计算，应控制在门规规定的1/180与钢结构设计规范规定的1/400之间；梁的平面外计算长度的确定，不建议考虑屋面隅撑的作用，应通