门式钢结构厂房文献综述.doc

门式刚架结构设计文献综述院 系：土木工程与建筑学院年级专业：2011级土木工程姓 名：姜祖斌学 号：1109022212指导老师评语：指导教师签名：年 月 日门式刚架结构设计文献综述门式刚架结构设计文献综述【摘要】：门式刚架结构是国内外应用广泛的建筑结构体系，具有质量轻、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高、柱网布置比较灵活等优点。本文先介绍轻型门式刚结构的相关的定义,讲述门式刚架结构的特点，结构形式和结构的布置。并通过刚架构件解说设计时应注意的事项。最后对其未来有何发展，发方向如何进行展望。【关键词】：门式刚架 结构特点 设计要点 结构展望1.概述门式刚架轻型房屋刚结构有外观简洁优美的特点，是一种合理利用材料的结构形式：既可以采用变截面形式，以适应结构的内力分布大大减少用刚量；也可以在采用等截面设计时考虑刚材的塑性发展来节约用刚量，使得门式刚架结构的成本得到一定的控制。门式刚架结构主要适用于工厂商店、仓库、展览馆、候车厅等多种公共建筑。近几年门式刚架轻型房屋刚结构得到快速的发展，并得到大量的应用。因此，掌握门式刚架的设计是刚结构专业必不可少的，探讨门式刚架设计应该注意的事项具有非常重要的意义。2.门式刚架结构的特点门式刚架结构是指以轻型焊接H形刚（等截面或变截面）、热轧H形刚（等截面）或冷弯薄壁型刚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，用冷弯薄壁型刚（槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型刚板、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置支撑的一种轻型房屋结构体系。2.1质量轻采用轻型屋面，不仅可减小梁柱截面尺寸，相应地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。质量轻本身就是刚结构相对于混凝土结构所具有的优势，这也是其在施工过程中的好处。2.2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多为工厂制作，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，土方施工量小；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。工业化程度高，这将解决以后我国劳动力老年化的问题，也是建筑行业必将经历的阶段，所以门式刚架具有很大的发展前景。施工周期短，这主要是解决了工程资金方面的问题。2.3柱网布置比较灵活门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用刚量最省的原则来确定。很多有工件要求的工业厂房都可设计成门式刚架形式，如果跨度不够，还可进行抽柱设计。3.结构形式和结构布置门式刚架的结构形式是多种多样的。按构件体系分，有实腹式与格构式；按截面形式分，有等截面和变截面；垵结构选材分，有普通型刚、薄壁型刚和刚管等。实腹式主要用于一般荷载的厂房，而有重型吊车的工程用格构式更为合理。刚架的跨度是柱纵向定位轴线之间的尺寸，刚架柱距是柱子在横向定位轴线之间的尺寸。跨度宜采用936m，边柱的截面宽度不相等时，其外侧要对齐。这样是为了有利于檩条和墙面板的布置，还有其外部墙体的砌筑。4.刚架设计4.1荷载及荷载组合4.1.1永久荷载 永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。4.1.2可变荷载 可变荷载包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为1KN）、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。4.1.3荷载组合 针对门式刚架的特点，荷载组合一般应按下列组合原则： (1)屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。 (2)积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑。 (3)施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑。 (4)多台吊车的组合应符合建筑结构荷载设计规范的规定。 (5)当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。4.2刚架内力和侧移计算4.2.1内力计算 对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有：(1) 最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。(2) 最大弯矩Mmax和同时出现的N及V的较大值。(3) 最小轴压力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。4.2.2侧移计算 变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求，需采用下列措施之一进行调整：放大柱或（和）梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚；把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。5.副属结构构件设计5.1檩条设计 （1）檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度不大于9m时，应优先选用实腹式檩条。首先实腹式檩条加工制造相对简单，再者选用实腹式檩条也可大大降低工程价格。 (2)檩条属于双向受弯构件，在进行内力分析时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。对于檩条，应验算其平面内和平面外的抗弯能力。 (3)檩条应进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。 (4）檩条尚应满足其他相关构造规定。5.2墙梁、支撑设计 （1）墙梁一般采用冷弯卷边槽刚，有时也可采用卷边Z形刚。 （2）墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下，也是双向受弯构件。 （3）墙梁应尽量等间距设置，在墙面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿处应设置一道墙梁。为减少竖向荷载作用下墙梁的竖向挠度，可在墙梁上设置拉条，并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱。 （4）墙梁可根据柱距的大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁。 （5）门式刚架结构中的交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆按压杆设计。 （6）刚架斜梁上横向水平支撑的内力，根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算，并计入支撑对斜梁起减少计算长度作用而承受的力，对于交叉支撑可不计入压杆的受力。 (7)刚架柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向风荷载按支承于柱脚的竖向悬臂桁架计算，并计入支撑对柱起减少计算长度而应承受的力，对于交叉支撑可不计压杆的受力。当同一柱列设有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可平均分配。5.3夹层设计5.3.1夹层的结构布置 (1)夹层纵横向刚梁与刚柱均为刚接，夹层梁与厂房刚柱在纵横向也刚接。 (2)为了避免框架体系对排架体系的影响，最彻底的解决方法就是夹层纵横向刚梁与刚柱还是刚接，但夹层梁柱与厂房刚柱在纵横向脱开，不连接在一起。 (3)最后一种方法是夹层自身不按框架结构布置，而是和厂房一同按横向排架布置。 夹层一般采用组合楼板，就是压型刚板（楼承板）上现浇混凝土。这种方法的优势在于施工时不需要满堂脚手架支撑系统，也不需要使用混凝土模板系统在楼板混凝土施工完成后，压型刚板也不需要拆除因此施工速度比传统楼板快。6.门式刚架结构的发展趋势从门式刚架的发展趋势来看，门式刚架工厂化程度高，施工周期短，刚结构制作简便，因门式刚架的梁、柱等基本构件均在加工厂定型制作，在现场按要求拼装而成，加快了施工进度，建设周期缩短，比刚筋混凝土排架结构工期至少缩短60%以上，对于一般规模较小的工业厂房门式刚架仅需50天至2个月，而采用刚筋混凝土排架结构，则需1012个月。所以轻型门式刚架结构在施工周期上站很大优势，符合工业化发展要求与需求，在当前以及以后都会快速发展，在建筑中会得到广泛运用，具有很好的发展潜力。门式刚架能够基本满足高大厂房的作业要求，它建筑刚材强度高，塑性及韧性好，其密度与强度的比值远小于混凝土、砖石和木材14，在同样受力情况下刚结构自重轻，能适用于跨度大、高度高和承载重的结构，满足某些高大工业厂房的要求，在中小型厂房、体育馆、礼堂、食堂等中小跨度的建筑中得到广泛应用。从经济效益来看，门式刚架结构通常采用计算机辅助设计，设计周期短，原 材料种类单一，构件采用先进自动化设备制造，运输方便等。所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。这也是它能够快速发展的重要原因。7.总结综上所述，轻型门式刚架结构设计应遵守以下原则：(1)保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构，它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系，结构只有组成空间稳定整体，才能承担各种荷载和其他外在效应。(2)明确各类外力从作用点到基础的传递路径和传递全过程中产生的效应。(3)设计必须体现计算和构造的一致性。门式刚架轻型房屋刚结构在我国应用已比较广泛，技术日渐成熟，我们应不断提高研究开发能力，掌握国外先进技术，积极参与国内外市场竞争，开拓刚结构市场，在竞争中求发展，我国刚结构行业的全面发展指日可待。参考文献 1 门式刚架轻型技术规程CECS102:20022周学军，门式刚架轻型刚结构设计与施工；41-433轻型刚结构设计指南（实例与图集），中国建筑工业出版社4李雄彦，门式刚架轻型刚结构工程设计与实例，中国中国建筑工业出版社；21-425李永超，门式刚架轻型房屋的应用，科技创新与应用2013年第23期6王晓东，单层工业厂房门式刚架的优势及应用，中国知网,2008.8.28 7 李一凡等.门式刚架轻型结构房屋的发展现状刚结构， 200628边原，轻型门式刚架选型设计探究，科技致富向导2012年06期9翟煜，门式刚架夹层设计，中国知网，2009.11.2010彭英，门式刚架轻型刚结构厂房设计相关问题探讨，中国知网，2011.01.2011霍建军. 门式刚架轻型房屋刚结构的发展及应用（电子版）；12-1412Kilic, Sam