门式刚架轻型房屋钢结构的合理设计方案

1、门式刚架轻型房屋钢结构的合理设计锦州城乡建筑设计有限责任公司史磊摘要本文就门式刚架轻型房屋钢结构设计，着重从选材、结构布置、檩条设计、刚架设计等方面探讨其经济性、合理性。关键此门式刚架轻型房屋经济合理0、前言在90年代前，我国房屋钢结构主要是应用于重型厂房，90年代初，轻型门式刚架开始得到应用。门式刚架轻型房屋钢结构体系由主刚架体系、檩条和支撑体系、维护体系三大体系构成。其中维护体系采用压型钢板作为面板带来了两大主要特点：错误!结构自重轻错误!蒙皮效应强。充分利用这两大特点，在保证安全可靠的前提下，可以在结构造型变截面）、支撑体系、刚度设计侧移限制）、稳定设计利用隅撑）、局部稳定按剪力大下设加

2、劲肋，利用屈曲后强度）、蒙皮效应利用、简单的端板式连接等方面采用了先进的模式与技术，从而降低了造价，比传统钢结构更为经济合理。1、选材1.1主刚架选用Q235B、Q345A及以上等级的钢材。吊车梁：行车吨位S5t的轻级工作制吊车梁宜选用Q235B、Q235A等级的钢材；行车吨位较大或10t中级工作制吊车梁宜选用Q345B及以上等级的钢材。1.2檩条：1/18 /18力oN两者的计算值“组合”的应力图形变化。利用截面变化，使各截面“组合应力”与材料设计强度的比值尽可能接近，也就是使材料分布根接近于应力图形的分布，从而将刚架设计得经济合理。.4.3.2初定截面尺寸：梁、柱采用H型截面，其高宽比h/

3、b）约为26,此值随选用的截面增高而逐渐增大。楔形柱小头截面的高度不应小于200mm，大头截面高度约为跨度的1/301/40。等截面柱截面的高度约为柱高的1/181/25。两端加腋梁等截面部分的截面高度约为跨度的1/501/60，与边柱连接的加腋高度约为跨度的1/30，与中柱连接的加腋高度约为跨度的1/251/30。4.4摇摆柱设计摇摆柱应根据其两端连接构造的实际情况，进行合理设计。如使用的计算软件不能考虑摇摆柱两端因弹性嵌固而产生的弯矩和剪力，在具体设计中需要设计人员通过概念设计来考虑。例如控制应力水平，是一种较为简单的解决办法。为节省用钢量，多跨结构的中柱宜采用摇摆柱，但中柱设为摇摆柱时，

4、需依靠边柱对其提供柱顶的侧向约束，从而加重了边柱的负担，使边柱平面内计算长度增大。尤其檐高较高的多跨结构的中柱宜部分采用摇摆柱，其余中柱柱顶与钢梁刚接连接，中柱为摇摆柱时不宜连续超过3根。4.4构件稳定设计：4.5.1构件的整体稳定设计构件侧向无约束自由长度越长，稳定性越差，则所要求构件的翼缘宽度也应越宽。门式刚架轻型房屋常将屋面金属板和墙面金属板牢固地连接在檩条上。檩条通过檩托牢固地连接在框架上，形成一个互相约束的空间整体结构，利用维护板对檩条构成侧向约束，檩条则构成梁和柱的侧向约束，充分利用这种约束是一种十分经济有效的解决各构件整体稳定的途径。当檩条与构件的受压翼缘相连接时，檩条构成对构件

5、的侧向支撑；当檩条与构件的受拉翼缘相连接时，加隅撑连接檩条与受压翼缘使之成为构件的侧向支撑，以保证构件的整体稳定。梁、柱侧向无约束自由长度，此时取隅撑之间的最大间距。按CECS102：2002中6.1.6第6条中斜梁不需计算整体稳定性的侧向支撑点间最大长度，可取斜梁受压翼缘宽度16倍，对于檩距约1.4m1.5m，翼缘宽度为200240mm的斜梁，具长度约为2个檩距。作为一般性原则，在梁柱连接附近区域，因其负弯矩值大，为稳定大主要控制区，宜每根檩条均设置隅撑；尽管每根檩条处设置隅撑，但斜梁的平面外计算长度仍不能小于檩条间距。具余区域则每隔一檩条设一道隅撑。4.5.2构件的局部稳定设计工字型截面的

6、梁中，腹板在参与抵抗弯矩的工作中远不如翼缘有效，因此，腹板宜做高而薄，才能使材料用得更加经济合理。但如此一来，腹板则可能出现局部屈曲，局部屈曲也会影响到构件的整体稳定承载能力。传统的钢结构设计，以腹板的局部屈曲临界剪应力不低于其抗剪强度fvy为条件，局部屈曲临界弯曲应力不低于其弯曲强度Fy为条件，按此条件，贝懶板高厚比达到80时，就必须设置横向加劲肋，高厚比达到170时，就必须设置纵向加劲肋。事实上，在轻钢结构中，跨度较大剪应力水平远低于fvy，弯曲应力在远离梁柱节点处也远低于fy。显然，按传统钢结构设计，必将设置很多加劲肋。轻钢结构设计按其应力水平的大小，判断是否需设加劲肋。这样一来，主要梁

7、柱节点处设置加劲肋，其余处很少需设加劲肋。此外，在轻钢结构中，还可进一步考虑利用高薄腹板所形成的膜应力效应或设加劲肋之后的张拉应力场效应，充分利用其屈曲后的强度。4.6构件节点设计4.6.1柱脚设计常规的门式刚架轻型房屋自重轻，在水平荷载特别是风荷载）组合作用下，刚接柱脚型式的柱底反力偏心距往往很大，为了满足此要求，基础便做得较大，造成不经济。另外如工程地点地质条件较差时，基础的造价对柱底弯矩的大小更为敏感。因此对于不带行车或行车吨位5t的门式刚架柱底宜做成铰接，行车吨位5t的门式刚架柱底贝宜做成刚接以满足侧向刚度大的要求。刚接柱脚底板不要轻易用厚板，应考虑设置加劲肋减小底板的弯矩，以求减小底

8、板厚度。铰接柱脚通过计算锚栓直径往往很小，且用二颗锚栓固定柱脚似乎更接近铰接计算模型，但实际工程需要考虑施工安装问题：在柱底板底面与基础顶面之间有一层5070mm厚的二次浇灌层，浇灌层是在钢柱安装到位且调整完毕后才进行施工的。浇灌之前钢柱底板需用调整螺母或沿底板周边加斜垫块作为临时支撑件。如图e示，在底板的一个方向上锚栓仅为一排，钢柱在安装调整过程中易使锚栓折弯甚至弯断，因此在采用铰接柱脚型式时建议用四个锚栓固定，则底板的二个方向上均为二个锚栓，保证施工的方便与安全。4.6.2梁柱连接节点等截面边柱与梁连接宜采用侧向竖接，楔形边柱与梁连接宜采用柱顶平接或斜接，中柱与梁连接宜采用柱顶平接。连接时

9、平面框架建模计算时，模型中的梁、柱杆件节点往往与施工图设计中的梁、柱连节点位置略有偏差如图f所示）。梁住竖向应取A-A处内力，梁、柱横向连接时应取B-连接时B处内力。由于该节点处弯矩从最大植沿梁、柱方向在很短距离里下降很快如图g示），因而此时如按O点最大弯矩用于该节点设计时过于保守，造成端板的连接实际上不能完全达到刚接的效果，有可能调幅，在该节点处弯矩会释放一部分到跨中，因此该节点实际内力应小于设计内力。建议梁、柱连接节点内力应取相应连接处的内力进行节点设计，不考虑调幅的影响。柱顶竖向端板加厚宜采用内平方式，同一柱内腹板则可等宽，方便了制作。梁-柱或梁-梁直接采用端板式连接比传统钢结构采用拼板

10、式连接要简单得多。在端板式连接中，所采用的高强度螺栓主要承受拉力的作用，所承受的剪力很小。一般情况下不到其摩擦抗剪按抗滑移系数为0.3计）能力的10%。此种连接型式中，无需采取提高抗滑移系数的措施2。因此，轻钢连接采用端板式连接，可大大节省成本。当然，端板式连接对于高强度螺栓的预紧力是有严格要求的，必须保证预紧力，否则节点的松动会影响整个刚架的刚度达不到要求。4.7檩托檩托的作用是：1.方便安装。2.对檩条提供抗侧向倾覆约束。檩托宜采用角形截面或背面加劲板如图h示）。不宜采用单块钢板作檩托，这种檩托侧向刚度很差，在不利荷载作用下易倾覆。门式刚架构件宜选用Q235B、Q345A钢材，对于围护板应

11、根据其板5.15.1型及使用条件选择其相应的基板和镀层及涂层的彩钢板。5.2柱网尺寸宜根据厂房跨度大小，行车设置情况及工艺要求等选取。5.3结构选型：采用变截面构件符合刚架弯矩分布情况，达到充分利用材料之目的。5.4利用檩条兼坐屋面支撑体系中的压杆，可大大节省用钢量。5.5连续檩条较之简支檩条刚度大挠度小）、内力小，可节省用钢量。5.6利用檩条加隅撑形成对屋面梁、柱侧向约束，减小其平面外的计算长度，提高其稳定承载力，经济合理。局部稳定应根据剪应力水平确定是否设置加劲肋。5.8端板式连接强度螺栓因承受的剪力很小，可不必考虑端板式的抗滑移系数。梁、柱连接节点可取相应节点处的内力进行设计。考虑安装因素，铰接柱脚宜采用四颗螺栓固定。参考文献陈友泉轻钢结构蒙皮效应的应用探讨，建筑结构2002二期中国工程建设标准化协会标准，门式刚架