钢结构房屋设计

1、职工培训教材结构专业第三讲 钢结构房屋设计（2009.10.31）内容提要随着国民经济的迅速发展，钢结构房屋的设计已成为我国设计工作的主要内容之一。本文在总结多个项目钢结构房屋设计的基础上，全面介绍了单层门式刚架轻型钢结构房屋、单层排架普通钢结构房屋和多、高层钢结构房屋设计的特点和经验，仅供今后钢结构房屋设计的参考。1. 我国钢结构建筑的发展现状近十年来，随着国民经济的迅速发展，钢结构在我国得到了广泛的应用，单层门式刚架轻型钢结构房屋大量应用于工业建筑中，空间网架、立体桁架钢结构广泛应用于大跨度工业与民用建筑中，高层钢结构房屋越来越多地成为超高层建筑的首选方案。现在，钢结构房屋的设计已成为我国

2、设计工作的主要内容之一。与砼结构相比，钢结构具有许多优点：（1） 钢材是一种可以回炉循环使用的环保型材料，钢结构对环境保护具有很大的优点；（2）钢结构一般均在工厂生产，现场安装，对建筑业实现工业化提供了良好的条件；（3）钢结构施工快捷，施工工期短，特别是单层门式刚架轻型钢结构房屋，36个月就可以建成投产；（4）钢结构更适合在大跨度、大柱网建筑中的应用。（5）钢结构与混凝土结构相比较，门式钢架比混凝土单层厂房要相对便宜点。但多层、高层钢结构则造价要高于混凝土结构，大约高20%30%。 随着钢结构在我国的广泛应用，钢结构的生产厂家也越来越多，生产能力也越来越强。目前，生产钢结构构件的工厂如浙江的东

3、南、杭萧、精工三大公司，年产量均在30万吨以上；他们不仅能生产轻型钢结构，还能生产重型钢结构，如复杂的、板厚在4 0 mm以上的工型柱、箱型柱、双向工型柱、异型柱、工型梁、箱型梁、异型梁等，有的还实现了在工厂生产线上连续机械化生产作业，这就为钢结构的广泛应用创造了良好的条件。 钢结构房屋设计因种类的不同而有所不同。不同的钢结构要采用不同的规范。因此，钢结构房屋设计时，首先要明确该建筑的类型和适合该类型所用的规范。钢结构房屋设计的国家标准、规范：（1）钢结构设计规范 GB 500172003（2）门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS 102：2002（3）冷弯薄壁型钢结构技术规范 GBJ 5

4、00182002（4）型钢混凝土组合结构技术规程 JGJ 1382001（5）高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 9998（6）网架结构设计与施工规程 JGJ 791（7）钢网架螺栓球节点 JG 111999（8）钢网架检验及验收标准 JG 121999（9）钢结构工程施工质量验收规范 GB 502052001国家标准图集：（1）钢结构设计制图深度和表示方法 03G102（2）多、高层民用建筑钢结构节点构造详图 01SG519（3）门式刚架轻型房屋钢结构 02SG518（4） 多、高层民用建筑钢结构节点连接 03SG5191（5） 多、高层民用建筑钢结构节点连接 04SG5192（6） 钢吊车

5、梁 SG52012（7） 吊车轨道联结及车挡（适用于钢吊车梁） 05G525（8） 钢柃条 钢墙梁 SG52114（9） 钢托架 05G513（10）钢与混凝土组合楼（屋）盖结构构造 05SG522（11）型钢混凝土组合结构构造 4SG5232. 钢结构房屋分类2.1 单层门式刚架轻型钢结构房屋适用于轻型屋盖和轻型外墙（或非嵌砌砌体外墙）、房屋高度一般不大于9 m（当有桥式吊车时不宜大于12 m）、跨度一般不大于36 m、无桥式吊车或有起重量不大于20 t的A1A5工作级别桥式吊车或3 t悬挂式起重机的单层钢结构房屋。按CECS 102：2002规范设计。其特点是：（1）平面结构体系，柱脚铰接

6、（或刚接），柱顶刚接，柱梁截面高度可变，与刚架内力图相接近，充分发挥材料的承载能力；（2）屋面自重轻，基础小，用料省（一般可控制在50 KG/ 以内），造价低。当柱距为6m时，门刚的用钢量几乎与钢架跨度相当，即27m跨度的钢架，用钢量折算为每平米27Kg/m2。2.2 单层排架普通钢结构房屋（实腹式工型柱）适用于轻、重型屋盖和轻型外墙（或非嵌砌砌体外墙）、跨度一般不大于36 m、有起重量大于20 t的桥式吊车或3 t以上悬挂式起重机的单层钢结构房屋。按GB 500172003规范设计。其特点是：（1）平面结构体系，柱脚刚接，柱顶铰接或刚接，柱采用等截面工型柱或双肢柱，梁截面高度可变（当采用重屋

7、盖时，宜采用钢屋架，柱顶铰接）；（2）由于柱脚弯矩大，相应的基础较大，材料用量也大。2.3 空间网架钢结构房屋（单位的项目实例有武汉的光缆厂房、大连分院有做192m×192m跨度的网架） 适用于大跨度工业与民用建筑，如正方形或接近于正方形的体育馆、机场候机厅、车站或工厂，常用的网架有钢管螺栓球节点和钢管焊接球节点组成的四角锥网架，网架支承于四周的钢筋砼柱、钢柱或托梁上，并可以承担一定的吊挂荷载，屋面维护结构采用压型彩钢板。网架采用“空间桁架结构通用程序LSG2”计算，其内力分布和杆件直径、球节点直径由四周向中间逐步增大，充分发挥材料的承载能力。2.4 立体桁架钢结构房屋（钢管空间钢结

8、构体系） 适用于大跨度工业与民用建筑。桁架与砼柱采用螺栓铰接，桁架节点采用钢管之间直接相贯的焊接节点，屋面维护结构采用压型彩钢板，有柃体系。 2.5 多层和高层钢结构房屋（大连分院有做80m高度的电解塔） 适用于多层和高层工业与民用建筑，一般采用空间结构体系，柱脚刚接，框架梁柱刚接（两个方向），次梁与主梁铰接，楼板采用钢板或钢与砼组合楼板（在压型钢板上现浇砼板）。按GB 500172003和JGJ 9998规范设计。2.6 钢与砼组合结构房屋（1）型钢砼组合结构（从略）；（2）钢管砼组合结构（从略）3. 门刚规范（CECS 102：2002）与普钢规范（GB 500172003）的主要差别 （

9、1）风荷载体型系数取值不同（见CECS 102：2002附录A），门刚结构负压值 （2）受压构件长细比限值不同，见表1： 表1 受压构件容许长细比序号构 件 类 别门刚容许长细比普钢容许长细比 1主要构件 180 150 2次要构件、支撑、隅撑 220 200（3）受拉构件长细比限值基本相同，见表2： 表2 受拉构件容许长细比序号构 件 类 别一般建筑结构有重级工作制吊车的厂房（只用于普钢）直接承受动力荷载的结构1桁架杆件3502502502吊车梁以下的柱间支撑3002003其他拉杆、支撑、系杆等400350（4）柱顶水平位移限值不同，见表3：表3 柱顶水平位移限值（H柱高度）序号门刚规范（C

10、ECS 102：2002）普钢规范（GB 500172003）吊车情况水平位移限值吊车情况水平位移限值1无吊车，彩板墙H/60（H/80）无桥式吊车（单层）H/1502无吊车，砌体墙H/100（H/120）3有桥式吊车，驾驶室操作H/400（H/400）有桥式吊车（单层）H/4004有桥式吊车，地面操作H/180（H/300）注：“技术措施”规定，在风荷标准值作用下，按括号内数值。（5）受弯构件的挠度容许值不同，见表4：表4 受弯构件的挠度容许值（L为受弯构件的跨度）序号门刚规范（CECS 102：2002）普钢规范（GB 500172003）构件类别挠度容许值构件类别挠度容许值 1门式刚架斜

11、梁楼（屋）盖梁 仅支承压型钢板屋面L/180 主梁或桁架 L/400 尚有吊顶L/240 次梁、楼梯梁 L/250 有悬挂起重机L/400 有悬挂起重机 L/400 2檩条 仅支承压型钢板屋面 L/150支承无积灰的瓦楞铁和石棉瓦屋面 L/150 尚有吊顶 L/240支承压型钢板和有积灰的瓦楞铁和石棉瓦屋面 L/200 3压型钢板屋面板 L/150 4 平台板 L/100 5 吊车梁手动吊车和单梁吊车梁 L/500轻级工作制桥式吊车梁 L/800中级工作制桥式吊车梁 L/1000重级工作制桥式吊车梁 L/1200 6手动或电动葫芦轨道梁 L/400 7 墙梁水平挠度支承压型钢板墙梁 L/100

12、支承压型钢板墙梁 L/200支承砌体墙梁 L/180且50mm支承砌体墙梁 L/300 8墙板水平挠度 L/100 （6）工字形、箱形截面受压翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比值不同，见表5：表5 工字形、箱形截面受压翼缘宽厚比（b/t）序号门刚规范（CECS 102：2002）普钢规范（GB 500172003）工字形截面工字形截面箱形截面 1Q235 b/t15Q235 b/t13Q235 b/t40 2Q345 b/t12.4Q345 b/t10.7Q345 b/t33（7）工字形截面腹板的高厚比（h/t）不同，见表6：表6 工字形截面腹板的高厚比（h/t）序号门刚规范（CECS 102

13、：2002）普钢规范（GB 500172003）梁、柱梁 柱 1Q235 h/t250Q235 h/t80按GB 500172003规范 2Q345 h/t206Q345 h/t66第条计算h/t 注：箱形截面柱腹板的高厚比（h/t）按GB 500172003规范第条计算h/t。4. 单层门式刚架轻型钢结构房屋 （1）材料选用： 单层门式刚架轻型钢结构房屋的承重构件应选用碳素结构钢Q235B及低合金高强度钢Q345B，其力学性能和化学成分应分别符合碳素结构钢GB700及低合金高强度钢GB1591的规定。（2）结构计算：目前，国内计算单层门式刚架轻型钢结构房屋的软件有多种，宜采用“中国建筑标准设

14、计研究所”的STS软件，按二维模型计算。（3）常用跨度：15 m、18、21、24、27、30、33、36，以3 m为模数，特殊情况可采用42 m（采用门式刚架轻钢结构时要慎用）。采用以上标准跨度，就可以与标准跨度的吊车相配套。在钢屋面结构体系中，建筑跨度也可以采用1 m为模数，吊车跨度相应修改。（4）常用柱距：6、7.5、9、12 m，采用门式刚架轻钢结构、压型钢板屋面、墙面时，柱距也可以采用0.1m为模数。经济分析：采用门式刚架轻钢结构、压型钢板屋面C型檩条时，以柱距7.59.0m较经济，柱距6.0、12.0m用钢量较高；当柱距为12m时，采用C型柃条已不合适，这时，可以在外墙上每开间插入

15、一根柱子（中柱柱距仍为12m）和一根屋面梁（中间用12m托梁），以保持柃条跨度为6 m，或采用高频焊接H型钢檩条（用钢量较高）；当柱距 > 12m时，可采用桁架式柃条，与高频焊接H型钢柃条相比，可降低40%50% 柃条的用钢量，如用钢量减少1.0Kg/时，则造价可降低7元/。公用专业提的吊挂荷载条件对用钢量有较大的影响，可经过计算，折算成比较合理的面荷载、点荷载来计算。参见表7：表7 门式刚架和屋面檩条用钢量表刚架跨度（m）柱距（m）用钢量（Kg/）造价（元/）备 注刚架屋面檩条合计246.022.46.528.9202.37.519.27.226.4184.8较低9.018.59.12

16、7.6193.2 较低12.019.410.029.4205.8366.029.16.535.6249.27.527.77.234.9244.3较低9.024.99.134.0238.0 较低12.025.810.035.8250.6（5）定位轴线：见个体工程，无明确规定时，中柱两个方向居中，边柱在纵向柱外平，横向居中，横向端跨柱内移600，抗风柱外平。（6）温度区段：单层门式刚架轻型钢结构房屋的温度区段放得很宽，一般控制在：纵向L300 m，横向L150 m，超过此尺寸，要设伸缩缝。伸缩缝设双柱或采用容许胀缩的构造（长圆孔）。如温度区段内有砼构件（如基础梁、连系梁、墙梁、楼板），则对砼构件要

17、按砼规范采取超长结构设计措施。（7）支撑系统：在每一个温度区段，要设置必要的屋面水平支撑、纵向系杆和柱间支撑，组成一个空间稳定结构，将纵向水平荷载传至基础，以满足结构在纵向的安全与稳定。大多数的门式刚架破坏时因为结构的失稳、挠度造成，因此，支撑应作为一个门式刚架的重点内容设计。a.屋面水平支撑和柱间支撑应在同一开间内设置，其间距：无吊车时L3645 m，有吊车时L60 m。当建筑宽度 > 60 m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑。b.在边柱、中间柱、屋脊处，应沿全长设刚性系杆，可采用圆钢管或H型钢杆件。 c.门式刚架轻型钢结构房屋的屋面水平支撑和柱间支撑可采用带张紧装置（花篮螺栓）的十字交

18、叉圆钢支撑，其夹角为30º60º，接近45º较好。当房屋高度相对于柱距较大时，柱间支撑可分层设置；当设置十字交叉柱间支撑有困难时，可设置角钢门式支撑。7度及7度以上地区，宜采用角钢支撑（抗规）。d.当设有带驾驶室且起重量大于15t桥式吊车时，应在屋盖边缘设置纵向水平支撑。当设有5t以上桥式吊车时，柱间支撑宜采用型钢支撑，间距36-45 m一道。在温度区段端部吊车梁以下可不设柱间刚性支撑，只设上柱支撑。e.当生产工艺布置不容许设置柱间支撑时，应按双向框架设计，进行纵向框架计算，此时如工型柱不满足时，可采用箱型柱或双向工型柱。f.屋面柃条之间采用带螺栓的钢筋拉杆张紧，

19、间距3 m为宜，在檐口、屋脊处设斜拉条和钢管撑杆（中间可不设钢管撑杆）；柃条之间隔一设一设置L50×6隅撑。（8）柱脚构造：门式刚架轻型钢结构房屋的柱脚一般采用铰接，铰接柱脚的螺栓数量为：跨度 L15 m时，采用 2 M24 螺栓；跨度 L24 m时，采用 2 M30 螺栓跨度 L27 m时，采用 4 M24 螺栓；跨度 L30 m时，采用 4 M30 螺栓。当设有5t以上桥式吊车时宜采用刚接，常用锚栓刚接柱脚， 刚接柱脚的底板厚度、螺栓数量根据柱脚内力由计算确定。设有砼短柱时，短柱内的钢筋也要根据柱脚内力由计算确定。锚栓埋置在基础中的深度，应满足锚固长度要求，当埋置深度受到限制时，

20、可采用在锚栓端部焊接锚板来传递锚栓的拉力。抗风柱高度较小时柱脚可采用铰接；当高度较大时，也可用刚接柱脚。（9）节点构造： a. 梁与柱刚性连接：常采用柱和梁的端板竖放，用高强螺栓连接，梁的端板厚度、螺栓数量根据节点内力由计算确定。b. 梁的中间拼接节点：常采用梁的端板竖放用高强螺栓连接，梁的端板厚度、螺栓数量根据节点内力由计算确定。（10）螺栓连接的计算：采用螺栓连接，避免安装时现场高空焊接，质量可靠，施工方便。在弯矩、拉力作用下，摩擦型高强螺栓群中（或普通螺栓小偏心受拉）最外排一个高强螺栓所受的最大拉力为：NmaxNtN/n + My1/yi²式中： 旋转点位于螺栓群中心 Nt 一

21、个螺栓所承受的拉力 N 节点总的轴向力 n 节点螺栓总数 M 节点总的弯矩 Y1 最外排螺栓至螺栓群中心的距离 Yi 每一排螺栓至螺栓群中心的距离普通螺栓群中，最外排一个螺栓所受的最大拉力为： NmaxNt（M+Ne）y1/yi²式中： 旋转点位于外排受压螺栓中心 e N 至旋转点的距离 Y1 最外排螺栓至旋转点的距离 Yi 每一排螺栓至旋转点的距离其余按规范公式计算，从略。除螺栓连接外，其他常用的节点连接方式还有焊接连接、栓焊连接等，在此从略。（11）关于多跨刚架的摇摆柱：当无吊车或设有5t以下吊车时，多跨刚架的中柱可以用摇摆柱，柱的上下端采用铰接；抗风柱的上下端可采用铰接。当设有

22、5t以上桥式吊车时，多跨刚架的中柱不宜采用摇摆柱，柱的上下端宜采用刚接。5. 单层排架普通钢结构房屋（实腹式工型柱）（1）材料选用：同门式刚架轻型钢结构房屋。（2）结构计算：单层排架普通钢结构房屋（实腹式工型柱），采用“中国建筑标准设计研究所”的STS软件按二维模型计算。（3）温度区段：单层排架普通钢结构房屋的温度区段，比门式刚架轻型钢结构房屋的控制要严格一些，一般按下表8控制。表8 单层排架普通钢结构房屋的温度区段长度值（m）结构情况纵向温度区段（垂直屋架或构架跨度方向）横向温度区段（沿屋架或构架跨度方向）柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋220（300）120（150）150热

23、车间和采暖地区的非采暖房屋180100125露天结构120注：括号内尺寸用于门式刚架轻型钢结构房屋。超过表7长度尺寸，要设伸缩缝，伸缩缝设双柱。如温度区段内有砼构件（如基础梁、连系梁、墙梁），则对砼构件要按砼规范采取超长结构设计措施。（4）支撑系统：在每一个温度区段，要设置必要的屋面水平支撑、纵向系杆和柱间支撑，组成一个空间稳定结构，将纵向水平荷载传至基础，以满足结构在纵向的安全与稳定。柱间支撑杆件的容许长细比，如下表9：表9 柱间支撑杆件的容许长细比构件名称容许长细比压 杆拉 杆（有重级工作制吊车）拉 杆（有轻、中级工作制吊车）吊车梁以下柱间支撑150200300吊车梁以下柱间支撑20035

24、0400支撑系统的设置基本同单层门式刚架轻型钢结构房屋，只是圆钢支撑宜改为角钢支撑。（5）柱脚构造：单层排架普通钢结构房屋（实腹式工型柱）的柱脚一般采用刚接，由于柱脚内力较大，基础底面积也较大。当采用桩基时，宜采用二桩或多桩基础，才能满足柱脚弯矩产生的偏心影响。单层排架普通钢结构房屋（实腹式工型柱）的刚接柱脚的构造有以下几种：a.锚栓刚接柱脚：刚接柱脚的底板厚度、螺栓数量根据柱脚内力由计算确定。设有砼短柱时，短柱内的钢筋根据柱脚内力由计算确定。锚栓埋置在基础中的深度，应满足锚固长度要求，当埋置深度受到限制时，可采用在锚栓端部焊接锚板来传递锚栓的拉力。b.埋入式柱脚：实腹式柱脚插入砼基础杯口的深

25、度1.5 hc（hc柱截面高度），且不小于500mm和1/20钢柱长度。c.外包式柱脚：柱脚埋入深度2 hc（hc柱截面高度），设置2 M24 定位螺栓，外包砼的厚度不小于180mm，钢筋根据柱脚内力由计算确定，并在埋入部分柱的翼缘上设置栓钉，其直径不小于16mm，水平及竖向间距不大于200mm。（6）节点构造和螺栓连接的计算：与门式刚架轻型钢结构房屋基本相同。（7）关于单层钢结构房屋柱网尺寸： 上述两种单层钢结构房屋的柱网尺寸选择，除满足生产工艺的要求外，还要考虑结构的经济性能（降低用钢量）和施工的方便，因此，单层钢结构房屋跨度宜L36m，柱距宜采用615m,当柱距为68 m时，屋面柃条和墙

26、柃可采用高度200300的C型柃条，比较经济； 当柱距为815 m时，采用C型柃条已不合适，这时，可以在外墙上每开间插入一根柱子（中柱柱距仍为815m）和一根屋面梁（中间用815m托梁），以保持柃条跨度为68 m。6. 多层和高层钢结构房屋多层和高层钢结构房屋按抗震措施分为二类，即12层以下（包括12层）钢结构房屋和12层以上钢结构房屋。6.1 材料选用：高度在30m以下的多层钢结构房屋材料选用与单层钢结构相同；高度在30m以上的高层钢结构房屋主要承重构件，其板材应选用符合高层建筑结构用钢板YB4104标准的Q235GJ钢或Q345GJ钢， 当板材厚度t40mm并有抗撕裂Z向性能要求时，应选用

27、该标准中保证Z向性能的Q235GJZ钢或Q345GJZ钢，Z向抗层状撕裂性能等级为Z15、Z25，并保证沿厚度方向拉伸时，其断面收缩率分别大于15%、25%，符合厚度方向性能板GB 5313的规定。6.2 结构计算：采用“中国建筑标准设计研究所”的STS软件按三维模型计算。6.3 结构体系：6.3.1 12层以下（包括12层）层钢框架结构房屋常用的结构体系：（1）纵向和横向均为钢框架体系（双向框架），其特点是容易满足大空间的使用功能，梁柱节点在纵向和横向均为刚接，节点构造较复杂，结构用钢量较多,侧向刚度弱于垂直支撑体系。（2）纵向为垂直支撑、横向为框架体系，其特点是纵向刚度较大，梁柱节点在纵向

28、为铰接，横向为刚接，用钢量较省，但纵向垂直支撑的布置要受到一定的建筑条件约束。（3）纵向和横向均为垂直支撑体系。（4）纵向或横向采用框架垂直支撑混合体系，用于对侧向刚度要求较严的建筑。采用垂直支撑体系时，垂直支撑应沿房屋高度方向连续布置，并尽量采用中心支撑。6.3.2 12层以上高层钢结构房屋采用的结构体系：（1）纵向和横向均为钢框架体系（双向框架）；（2）钢框架垂直支撑（抗震墙板）混合体系；（3）钢框架砼或钢骨砼核心筒体系；（4）筒体和巨型框架体系。 各种高层钢结构房屋最大高度应符合抗震规范8.1.1条的规定，最大高宽比应符合抗震规范8.1.2条的规定，见下表10： 表10 钢结构房屋适用的

29、最大高度（m）和最大高宽比结构类型抗震设防烈度6、789框架结构1109050框架-支撑（抗震墙板）结构220200140筒体（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒）和巨型框架300260180最大高宽比6.56.05.56.4 常用的柱截面形式：（1）H 型钢柱（焊接或热轧H 型）：用得较多，梁柱节点采用焊接、螺栓连接、栓焊连接都很方便，但侧向刚度较弱。（2）箱型柱（工厂焊接）：梁柱节点采用焊接、栓焊连接都很方便，两个方向的刚度均好，但采用全螺栓连接较难，加工制作要求较高。（3）双向工字型柱（一个H 型钢与二个T型钢组合）：梁柱节点采用焊接、全螺栓连接、栓焊连接都很方便，两个方向的刚度均好，但加工制作

30、要求较高。（4）圆钢管柱：梁柱节点较复杂，施工要求较高。温度区段：多层钢框架结构房屋伸缩缝区段长度，当采用彩板墙时L150m，当采用砖墙时L90m。如温度区段内有砼构件（如基础梁、连系梁、墙梁），则对砼构件要按砼规范采取超长结构设计措施。高层钢结构房屋主体结构一般不设置伸缩缝。6.5 柱脚构造：多层和高层钢框架结构房屋的柱脚采用刚接，由于柱脚内力较大，基础底面积也较大。当采用桩基时，宜采用二桩或多桩基础，才能满足柱脚弯矩产生的偏心影响。12层以上钢结构房屋宜采用埋入式柱脚，6、7度时也可采用外包式柱脚。刚接柱脚的计算和构造应满足JGJ 9998高层民用建筑钢结构技术规程第八章第六节的有关规定。

31、（1）锚栓刚接柱脚：（一般柱脚弯矩小于600KN.m的情况较合理）仅用于12层以下（包括12层）钢结构房屋。 刚接柱脚的底板厚度、螺栓数量根据柱脚内力由计算确定。设有砼短柱时，短柱内的钢筋也要根据柱脚内力由计算确定。锚栓埋置在基础中的深度，应满足锚固长度要求，当埋置深度受到限制时，可采用在锚栓端部焊接锚板来传递锚栓的拉力；当柱脚内力很大，可采用带靴梁的锚栓连接柱脚，柱脚弯矩全部由靴梁传递。（2）外包式柱脚：实腹式H 型钢柱、箱型柱、双向工字型柱柱脚，埋置深度3 hc（hc柱截面高度），外包砼的厚度不小于180mm，钢筋根据柱脚内力由计算确定，并在埋入部分柱的翼缘上设置栓钉，其直径不小于16mm

32、，水平及竖向间距不大于200mm。（3）埋入式柱脚：柱脚埋入深度3 hc（hc柱截面高度），设置2 M24 定位螺栓，并在埋入部分柱的翼缘上设置栓钉，其直径不小于16mm，常用19mm，水平及竖向间距不大于200mm。 （4）12层以上高层钢结构房屋应设置带砼墙的地下室，此时，抗侧力构件的框架柱、支撑、剪力墙等均应延伸至基础面（地下室底板、承台顶）。6.6 节点构造：（1）梁与柱刚性连接采用高强螺栓（常用磨察型）连接：柱和梁的端板竖放，柱、梁的端板厚度、螺栓数量根据节点内力由计算确定。这种节点构造简单，质量可靠，但制作加工要求精度较高，安装有一定难度。（2）梁与柱刚性连接采用栓焊连接：梁的连接

33、板厚度、焊缝厚度、螺栓数量根据节点内力由计算确定。这种节点是国内使用最多的一种节点形式，安装方便。（3）梁与柱、主梁与次梁铰接节点采用高强螺栓（常用磨察型）连接：连接板厚度、螺栓数量根据节点内力由计算确定。（4）上下柱接头：a. 全部高强螺栓连接，用于H 型钢柱、双向工字型柱；b. 腹板高强螺栓连接，翼缘坡口全熔透焊接，用于H 型钢柱、双向工字型柱；c. 坡口全熔透焊接，用于箱型柱。上下柱接头位置在框架梁上1.3m处，接头处应设置耳板，耳板的厚度不小于10mm。每段柱的长度约912m。（7）节点构造： 梁柱节点、主梁与次梁节点构造参见多层钢框架结构和国标图集01SG 519多、高层民用建筑钢结

34、构节点构造详图。（5）高强螺栓连接的计算：与门式刚架轻型钢结构房屋基本相同。6.7 楼盖结构：（1）压型钢板支承的现浇砼板与钢梁组合的组合楼板：有两种计算方法，一是压型钢板作为受拉构件的组成部分，另一种是压型钢板仅作为砼板的模板，计算中不考虑。板与梁的连接采用栓钉或焊接弯筋连接成整体，当钢梁翼缘宽度b 300时，布置二排栓钉或弯筋，当b< 300 mm时，布置一排栓钉或弯筋，栓钉沿梁长方向的间距L6d(d为栓钉直径)，且L< 600mm，栓钉的直径一般为16 mm。抗剪连接件的计算参见GB500172003钢结构设计规范11.3条。（2）现浇砼板与钢梁组合的组合楼板：砼板采用支模的

35、方法现浇，板与梁的连接亦采用栓钉或焊接弯筋连接成整体，栓钉或焊接弯筋的布置和计算同上。（3）花纹钢板或钢格删楼板：一般用于工业建筑，钢板与钢梁焊接。在上述楼板中，前两种在框架计算中可以作为刚性楼盖，满足水平刚度无限大的假定，而第三种在框架计算中不可以作为刚性楼盖，水平刚度假定为零。6.8 多层和高层钢结构房屋抗震构造措施： （1）多层和高层钢框架结构房屋应根据烈度、结构类型和高度，采用不同的地震作用效应调整系数，并采取不同的抗震构造措施； （2）多层和高层钢框架结构房屋宜避免采用不规则建筑结构方案，一般不设防震缝；（3）基础埋置深度：采用天然地基时不小于房屋总高度的1/15，采用桩基时不小于房

36、屋总高度的1/20；（4）12层以上钢结构房屋应设地下室，框架柱应伸至地下一层，钢框架垂直支撑（抗震墙板）结构的垂直支撑（抗震墙板）应伸至基础；（5）框架柱的长细比，应符合建筑抗震设计规范条的规定；（6）框架梁、柱板件宽厚比，应符合建筑抗震设计规范条的规定；（7）多层和高层钢框架结构房屋宜采用压型钢板支承的现浇砼板组合楼板或非组合楼板，板与梁应有可靠连接（采用栓钉或焊接弯筋连接成整体）；（8）焊逢质量等级： 梁与柱刚接时，柱在梁翼缘上下各500的节点范围内，柱翼缘与腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝应采用二级坡口全熔透焊缝 ； 上下柱的对接接头和柱拼接接头上下各500的范围内，工字型截面柱翼缘与腹

37、板间及箱形截面柱角部壁板间的焊缝应采用二级全熔透焊缝； 梁、柱翼缘、腹板板件的对接和梁、柱翼缘板与端板、腹板和端板的连接均应采用二级坡口全熔透焊缝；其余为三级焊缝。 二级全熔透焊缝应采用超声波探伤或射线探伤进行内部缺陷的检验，二级焊缝检验比例不小于20%；三级焊缝应按二级焊缝标准进行外观质量检查，检查数量不小于10%。； （9）建筑抗震设计规范中其他有关要求。9. 钢结构防火、防锈设计（1）钢结构的防火设计：a. 根据“建筑设计防火规范”GBJ500162006的规定，一、二级耐火等级建筑的钢结构构件的耐火极限应分别达到以下要求：多层、高层钢结构房屋：柱3.0，2.5h；梁2.0，1.5h；楼

38、板1.5，1.0h；屋顶承重构件1.5，1.0h；楼梯1.5，1.0h。单层钢结构房屋：柱3.0，2.5h；梁2.0，1.5h；屋顶承重构件1.5，1.0h。b. 防火涂料的选用应遵守钢结构防火涂料应用技术规范CECS24的规定。钢柱、钢梁可采用厚涂型防火涂料，其他构件采用超薄涂型防火涂料 （防火涂料的生产厂家资质，应经公安部消防管理部门确认，其产品才能被选用）。多高层钢结构一般可采用外包式的防火材料，以解决防火涂料过厚的问题。当檩条作为减小钢架平面外计算长度的支撑杆件时，必须涂刷防火涂料；不作为支撑杆件时，可以不刷防火涂料。c. 防火涂料的涂层厚度应达到上述耐火极限的要求并不得少于下表11所

39、列数据：表11 防火涂料的涂层厚度表防火涂料类 型耐火极限(h)涂层厚度(mm)用 量(kg/)备 注厚涂型1.511.010.02.015.013.02.519.017.03.023.021.0超薄型0.50.61.21.00.91.61.51.32.22.01.72.82.52.13.43.02.54.0 d. 防火涂料的施工和验收防火涂料涂装前钢材表面除锈要求最低的除锈等级为Sa2（高氯化聚乙烯、环氧树脂、聚氨脂等底漆或防锈漆）或Sa2 1/2（无机富锌等底漆）。除锈后，再刷二道防锈底漆，而后再刷防火涂料。防火涂料涂装质量的检验，应按照钢结构工程施工质量验收规范GB502052001的有

40、关规定执行。除采用防火涂料外，还可采用其他防火措施，从略。（2）钢结构的防锈与涂装：a. 对一般涂装要求的构件，应采用二道底漆，一道中间漆，二道面漆的作法，漆膜总厚度应符合下表12的规定： 表12 防腐蚀涂层最小厚度（µm）防护层使用年限（年）防腐蚀涂层最小厚度（µm）弱腐蚀中等腐蚀强腐蚀101528024020051024020016025200160120b. 带彩涂层的镀锌压型钢板双面的镀锌量：无侵蚀环境镀锌量不少于：180 g/m²；弱侵蚀环境镀锌量不少于：240 g/m²；中等侵蚀环境镀锌量不少于：275 g/m²。c. 压型钢板基板

41、的最小厚度（不含镀锌层）：屋面板0.53 mm ，墙面板0.4 mm。d. 与压型钢板配套使用的钢质连接件及固定支架必须进行镀锌防护。10. 钢结构房屋的优化设计措施（1） 在满足建筑高度限值的情况下，在单层工业厂房中优先采用门式刚架轻型钢结构体系，因为它容易满足多种使用功能的要求，钢材用量最省，基础用料最省，造价最低；（2）选择合理的柱距尺寸，可降低钢材用量，经比较，柱距7.59.0m较经济；柱距 > 12m时，可采用桁架式柃条，与高频焊接H型钢柃条相比，可降低40%50% 柃条的用钢量；（3）作好管线综合，确定合理的吊挂荷载（活荷载），可降低刚架的用钢量，见下表8；（4）单层排架普通

42、钢结构房屋屋面采用屋架承重时，其上下弦杆宜采用T形钢，而不采用H型钢，腹杆用角钢，可降低屋架的用钢量；（5）严格控制梁、柱等受力构件的应力比，一般可控制在0.850.95，并且各杆件应力都比较均匀；（6）在满足工艺要求的前提下，适当设置屋面支撑和柱间支撑，可降低刚架的用钢量； （7）选材：以应力控制的构件，宜采用Q345B钢材，以长细比控制的构件，宜采用Q235B钢材； （8）当单层排架普通钢结构房屋高度较高时（大于15m），采用格构式柱比实腹式柱用钢量要省； （9）多层钢结构房屋采用组合楼板时 ，采用直接支模浇注砼比采用压型钢板支撑浇注砼要经济。表8 门式刚架（无吊车）用钢量表序号跨度(m)

43、檐口高度(m)基本风压(kn/m²)屋面荷载 (kn/m²)柱距(m)每榀刚架重量(kg)每平米用钢量(kg/m²)恒载活载设计值1246.90.70.40.61.36291020.327.5311917.439362316.840.41.01.886362325.257.5389221.76308.40.70.40.61.36462225.777.5557424.889623423.190.41.01.886623434.7107.5682630.411368.40.70.40.61.36569226.4127.5677925.2139731522.6140.4

44、1.01.886731533.9157.5819330.4注：1. 表中数据为刚架用于8度以下地震区刚架的用钢量； 2. 用钢量不包括柃条、支撑、拉条、撑杆、系杆和柱间支撑。工程实例 1. 单层门式刚架轻型钢结构房屋设计：以奥镁1B3号建筑（窑炉区和成品库房）为例（1）建筑结构概况1B3号建筑（窑炉区和成品库房），建筑面积13177.0，柱网（跨度×柱距）为（20+30+24）×6.0m，总长度177.0m,总宽度74m，总高度1113m,单层，柱顶标高为11.0、13.0m。厂房内布置了一条窑炉生产线和成品库房。在修整工段设置了一台5t单梁桥式吊车。为三连跨门式刚架轻型钢

45、结构房屋。按照“门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 ”（CECS 102：2002）设计。（2）基础设计由于柱脚采用锚栓铰接，基础只承受竖向力和剪力，不承受弯矩，而彩板屋面的竖向荷载又很小，故采用独立柱基时，基础底面积较小。（3）钢框架设计钢框架采用PK程序进行计算，框架柱、梁截面采用工字形，因为屋面吊挂荷载较大，故柱截面为H4001100×300×6×16，梁截面为H7001100×350×8×14，Q345钢材。梁柱节点采用摩擦型高强度螺栓刚接，螺栓的性能等级为10.9级，高强螺栓的数量和排列、节点板的尺寸、厚度由计算确定。为了减少柃

46、条的跨距，在8.011.0m柱距的中间，增加一榀屋面梁，支承于8.011.0m的托梁上。为了保证框架平面外的稳定，设置了柱间支撑和屋面支撑。2. 单层排架普通钢结构房屋设计：以奥镁1B2号建筑（压制厂房）为例（1）建筑结构概况1B2号建筑（压制厂房），建筑面积2739.1，柱网（跨度×柱距）为24.0×12.0m，总长度105.35m,总宽度24.9m，总高度18.5m,单层，柱顶标高为16.5m。厂房内布置了8台压制机和硬化间，设有32/5t双梁桥式吊车。单层排架普通钢结构房屋。按照“钢结构设计规范 ”（GB 500172003）设计。（2）基础设计钢框架柱脚采用锚栓刚接

47、（锚栓直径和数量由计算确定），由于厂房很高，柱脚弯矩很大，达到1300KN-M,而彩板屋面荷载又很小，故采用独立柱基时（其中有一半与塔楼共用基础），基础底面积很大，达到3.6m×5.4m。（3）钢框架设计钢框架柱脚和柱顶均采用刚接节点，采用PK程序进行计算，框架柱、梁截面采用工字形，柱截面为H900×500×18×24，梁截面为H900×250×12×18，Q345钢材。梁柱节点采用摩擦型高强度螺栓刚性连接，螺栓的性能等级为10.9级，高强螺栓的数量和排列、节点板的尺寸、厚度由计算确定。为了减少柃条的跨距，在8.012.0m

48、柱距的中间，增加一榀屋面梁，支承于8.012.0m的托梁上。为了保证框架平面外的稳定，设置了较强的柱间支撑和屋面支撑。3. 高层钢框架结构房屋设计：以奥镁1B1号建筑（塔楼）为例（1）建筑结构概况1B1号建筑（塔楼），建筑占地面积1303.4，建筑面积11730.6，柱网（跨度×柱距）为（7.85+10.15）×6.0m，总长度60.00m，总宽度18m，总高度50.75m，9层，层高为 5.30+3.30+5.35+6.65+6.65+8.00+4.35+4.70+6.45m。一层为破碎间，设局部地下室，二层以上各层为筛选、研磨、称重、配料、搅拌间，中央控制室布置在三层，

49、四、五层为料仓区，屋面为25 m3水箱间和电梯机房间。电梯井道为钢筋砼筒体结构，与钢框架用防震缝分开。楼面荷载如下表13： 表13 楼面荷载表楼层楼面标高楼面构造活荷载（KN/）设备荷载（KN/）恒荷载（KN/）备 注二层 5.300砼组合楼板10105钢格栅10 3后改花纹钢板三层8.600砼组合楼板10155四层 13.950花纹钢板7.5104局部有料仓70五层 20.600花纹钢板564料仓80， 40六层 27.250砼组合楼板5 ，105花纹钢板2.54七层 35.250钢格栅2.5，102t吊车 3后改花纹钢板八层 39.600钢格栅2.5，1012 3后改花纹钢板九层 44.300花纹钢板2.5264屋面 50.600砼组合屋面2825 m3水箱彩钢板屋面0.51电梯机房108本建筑为高层钢框架结构，按照“钢结构