第1章 轻型门式刚架结构

第1章轻型门式刚架结构本章主要学习以下几个方面：第一节概述第二节结构形式和结构布置第三节刚架设计第四节压型钢板设计第五节檩条设计第六节墙梁、支撑设计和小结厦门大学嘉庚学院1.1、门式刚架结构的组成门式刚架结构是指：以轻型焊接H型钢、轧制H型钢或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架作为主要承重骨架，以冷弯薄壁型钢(槽形、卷边槽形、Z形等)檩条、墙梁和压型金属板作为维护结构，1.概述厦门大学嘉庚学院

采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酪泡沫塑料、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。体系主要由以下部分组成：门式刚架，支撑体系，檩条、墙梁，屋面板和墙面板，吊车梁系统等。1.概述厦门大学嘉庚学院1.概述

体系构成及适用范围主要承重骨架：门式刚架纵向支撑体系：屋面水平支撑、柱间支撑檩条和墙梁：冷弯薄壁型钢

维护结构： 轻型屋面板/轻型墙面板结构体系厦门大学嘉庚学院刚架梁刚架柱柱间支撑屋面水平支撑檩条墙梁墙梁系杆抗风柱墙面板屋面板吊车梁山墙抗风柱吊车梁天窗架压型彩色钢板（板壁厚0.4～1.5mm）冷弯薄壁型钢（壁厚1.5～5mm）结构选型→柱网布置→荷载取值→荷载组合→内力分析→初选截面（梁/柱）→验算（强度/刚度/稳定）→梁柱节点计算→檩条/墙梁/支撑结构设计→屋面板/墙板选择。结构设计过程：1.2、门式刚架结构的特点

重量轻(10～30kg/m2)工业化程度高、施工周期短柱网布置灵活综合经济效益高门式刚架结构性能：1.门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。2.门式刚架的梁、柱多采用变截面杆件，可以节省材料。3.组成构件的杆件较薄，对制作、运输、安装的要求高。4.构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。

1.3、门式刚架结构的应用情况1.我国门式刚架设计标准：《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)

2.应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。

3.应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构建筑物竣工。中国工程建设标准化协会(1)屋面荷载较小，横向跨度为9～24m，柱高为4.5～9m。(2)没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。(3)当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚架形式。1.4、门式刚架的适用范围及截面形式柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好，受力合理、节省材料。变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。1.5、变截面刚架与等截面刚架的对比:1.6、柱脚形式:

刚接柱脚详图

刚接柱脚门式刚架变截面梁

铰接柱脚详图

铰接柱脚门式刚架变截面梁、柱加劲板地脚螺栓

刚接柱脚工程实例教学目标:

掌握轻型门式刚架结构厂房刚架形式，屋盖结构。第2节结构形式和结构布置2.1门式刚架的各种结构形式

门式刚架又称山形门式刚架。其结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨。按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。按截面形式分，有等截面与变截面。

结构形式的选取考虑生产工艺、吊车吨位及建筑尺寸等因素2.结构形式和结构布置单跨单坡单跨双坡多跨（中间摇摆柱）高底跨双坡双跨门式刚架的各种结构形式多跨（梁柱刚结）四坡双跨摇摆柱高低跨单坡门式刚架的横梁与柱为刚接，柱脚与基础宜采用铰接；当水平荷载较大，檐口标高较高或刚度要求较高或有中重级工作制吊车时，柱脚与基础采用刚接。变截面与等截面相比，前者可适应弯矩变化，节约材料，但在构造连接及加工制造方面，不如等截面方便，故当刚架跨度较大或房屋较高时才设计成变截面。2.2、门式刚架的结构布置1.刚架的建筑尺寸和布置

跨度：一般为9～36m

高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取4.5～9m

柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m，最大12m

挑檐长度：根据使用要求确定，宜为0.5～1.2m

温度分区：纵向温度区段＜=300m

横向温度区段<=150m2.檩条和墙梁的布置

檩条：一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。屋面檩条布置实例墙梁：墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。门式刚架轻型房屋钢结构的侧墙，在采用压型钢板作围护面层时，墙梁宜布置在刚架的外侧，其间距随墙板板型及规格而定。3.支撑和刚性系杆的布置原则：

在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。屋面端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30～45m；当有吊车宜设在温度区段中部；当温度区段较长时宜设在三分点处，间距常取40m～60m，且不宜大于60m；当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑；房屋高度较大时，柱间支撑要分层设置。端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第二柱间。当房屋内设有不小于5t的吊车时，柱间支撑宜用型钢；当房屋中不允许设置柱间支撑时，应设置纵向刚架。

刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱顶和屋脊）宜沿房屋全长设置刚性系杆。刚性系杆可由檩条兼作，此时檩条应满足压弯杆件的刚度和承载力要求，若刚度或承载力不足、可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其他截面形式的杆件。厦门大学嘉庚学院

结构选型→柱网布置→荷载取值→荷载组合→内力分析→初选截面（梁/柱）→验算（强度/刚度/稳定）→梁柱节点计算→檩条/墙梁/支撑结构设计→屋面板/墙板选择。结构设计过程：厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院第1步依据对梁、柱宽厚比限值规定选取合适的梁柱截面；第2步校核受力最大截面的强度第3步刚架平面内的稳定计算（柱的计算长度）第4步刚架平面外的稳定计算第5步斜梁和隅撑的设计1.3.3刚架柱和梁的设计厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院1.3.3.8门式刚架节点设计

斜梁与柱刚接节点

斜梁拼接节点

柱脚节点

斜梁与摇摆柱连接节点厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院端板大小梁柱截面高强螺栓布置端板厚度按端板塑性分析方法确定厚度不宜小于16mm

高强螺栓-端板节点设计端板设计厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院厦门大学嘉庚学院钢－混凝土组合梁板结构钢－混凝土组合梁板结构，梁下部用钢梁，上部用混凝土（一般采用压型钢板－混凝土组合板）。钢梁和混凝土板之间用剪力连接件连接。主要用于高层楼盖、吊车梁和桥梁结构。优点：钢－混凝土组合梁截面中混凝土主要受压，钢梁受拉，充分利用材料。混凝土板参与组合梁工作，提高钢梁的竖向