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1、“门式刚架轻型房屋钢结构”设计技术要点原则：“技术先进，经济合理，安全适用”如何达到又安全又经济的目标，又是一 个制作与安装合理的设计？常用设计软件： PKPM_STS 中国建筑科学研究院，同济3D3S设计参考书：魏潮文：轻型房屋钢结构应用技术手册中国建筑工业出版社2005张其林：轻型门式刚架. 济南 : 山东科学技术出版社, 2004门式刚架轻型房屋钢结构标准图集（有吊车）： 04SG518-3归纳总结：1 主结构用钢量：通常的不带吊车的轻钢厂房810KG/m2带吊车的轻钢厂房1520KG/m22 次结构用钢量： 5 KG/m23 .总造价：400600元/m2 （其中含基础100元/m2）
2、4 经济合理的柱距：无吊车810 米，有吊车68 米。1. 形式和尺寸单层 ， （也常有做局部夹层，同时用在多层建筑的顶层）。单跨或多跨，双坡、单坡或多坡。有或无女儿墙。轴线定位：横向边轴线定于边柱外皮，（便于控制边跨刚架梁截面），纵向边轴线定于抗风柱外皮，边根刚架可以内收，（减小边跨檀条跨度，便于控制边跨檩条截面）。纵横轴线控制住，便于控制建筑总面积。常用屋面坡度 5% （2.86°） , 4.1.5门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取 1/8 1/20， 在雨水较多的地区宜取其中的较大值。过大会导致女儿墙增加高度，>6%不能利用腹板屈曲后抗剪承载力6.1.1.6，拉力场影响。过小
3、会影响排水（坡度变化率）、梁的变高度的速度。屋面应为压型钢板，外墙除压型板外也可用非嵌砌砌体4.4.3（此时需提高抗侧刚度）。跨度宜为1836m （不是限定），国内最大72m;檐口高度一般不超过12m,不应大于18m（风荷载体型系数适用条件）；合理与最优柱距：应与跨度匹配，大跨度采用大间距，跨度与间距的比一般以2.53.5为宜，常用7.512m,常用最优柱距在 9米。（楝条、吊车梁 影响）常用截面尺寸：单跨：加腋端高L/33左右，加腋长度（0.150.25） L;跨中高（1/50 1/60） L;工形截面高宽比 25;多跨：中柱加腋端 L/28左右，加腋长度（1/41/5） L;单元运输长度：
4、火车运输12m也有用15米的。原则上按反弯点分，兼顾制作与运输。钢板标准长度米。斜长可零头数（见图），柱顶做平。温度区间：纵向不大于300m,横向不大于150m结构体系：横向为门式刚架（含摇摆柱），纵向设柱间支撑刚架构件。腹板高厚比允许不超过250， 但常用 150 左右。 刚架为变截面构件，单元间采用高强度螺栓端板连接，次结构包括檩条、墙梁、面板、墙架等。2. 适用范围1）吊车起重量不大于 20t的轻中级（A1A5）桥式吊车或3t悬挂式起重机（有需要并采取可靠技术措施时允许不大于5t）。2）不适用于有强烈侵蚀性介质的环境。腹板厚度最低允许3mm。3） 多层钢结构房屋的顶层采用了门式刚架及其屋
5、时者，该部分的设计可参照该规程，但应作整体分析，并作抗震计算。4）关于排架的应用。钢梁与砼柱宜采用铰接；结构应作整体分析；“柱顶位移和山梁挠度应防 GB50017”;横梁挠度也可按门 规的1/180。5）结构重要性系数：设计使用年限为50年时，重要性系数取1.0;为25年时，重要性系数取不小于 0.95,但宜慎用。3.结构抗震验算规定1）因自重轻，低矮型，这种房屋抗震性能相当好。抗震规范GB50011 第921条规定，对单层钢结构厂房的各项要求，不适用于单层轻型钢结构厂房2） “通常情况下，跨高比大于 3.5时，地震对单层钢结构厂房一般 不起控制作用？”风载与震荷的组合？地震不控制时宽厚比可按
6、门规，地震控制时翼缘和柱长细比应适当减小，斜梁檐口部 位和柱的翼缘宽厚比应特别注意，门刚规程对不同烈度时的 要求未作具体规定。3通常情况下，7 度无吊车时可不作抗震验算，但有吊车时，和8度时，一律应作抗震验算。4横向刚架和纵向框架应分别进行抗震计算5抗震计算可采用底部剪力法；反应谱计算时阻尼比取0.05；6） 8度、9度时，大跨度结构（24m）应按抗规考虑竖向地震作用（强条。7） 当有局部多于一层并与门式刚架相连接的附属房屋时，应进行抗震验算 （重型楼盖尤其应重视；8当设计由抗震控制时，应采取相应的抗震构造措施：构件之间应尽量采用螺栓连接？（可变半刚性，耗能强；斜梁下翼缘与刚架柱连接处的腋部宜
7、加强，承载力宜留有余地；该处附近翼缘受压区的宽厚比应适当减小；柱间支撑的连接是关键部位，角钢连接要考虑单面连接和净截面对承载力影响，按高于支撑屈服承载力设计；柱脚锚栓充分考虑抗剪和抗拔要求等。4.钢材选用：1）主刚架应采用Q235B 级或 Q345A 级以上钢材制作，（ Q235A 不能保证可焊性），通常用 Q345B （价差仅200元左右）。2） 非焊接的檩条和墙梁等构件可采用Q235A 钢， 也可以用Q345A。镀锌檩条与黑皮檩条，价差仅200500 元左右。3）“高强度螺栓连接应为摩擦型，承压型很少用”，错误。吊车梁系统要采用摩擦型，刚架节点的剪力很小，可以采用承压型。5 .屋面活荷载标
8、准值 0.5kN/m2 （用于橡条），荷载面积60m2的构件 取0.3 kN/m2 （刚架）.两级荷载的必要性。6 .风荷载体型系数规定1）低矮型房屋的划分和适用条件：附录A.0.2,当其屋面坡度a不大于10、 屋面平均高度不大于18m、房屋高宽比不大于1、檐口高度不大于房屋的最小水 平尺寸。2）低矮型房屋风荷载的特点: 以风吸为主，这也是沿海地区屋面檩条规格会比较大的原因。（见图）3） 房屋类型：封闭式房屋，部分封闭式房屋<20%， 敞开式房屋>80%。4）门规风荷载体型系数采用MBMA 规定 （Metal BuildingManufacturer Association 美国金
9、属房屋制造商协会）。5）对檩条受风面积小于10m2 风荷载的体型系数作了补充。例如，角部橡条受风面积A> 10m2时为-1.4, A<1m2时为-2.9.墙面风载对受风面积不敏感。6）风荷载改用50 年一遇，基本风压调整系数由1.1 改为1.05。7. 结构刚度控制指标1） 刚架柱顶位移限值，无吊车且采用轻型钢墙板时由1 50 改为1/60，有桥式吊车且有驾驶室时由1 240 改为1/400， 桥式吊车由地面操作时仍取1/180。2） 斜梁竖向挠度表3.4.2 2注 1 有误， 应采用 冷弯薄壁GB50018如下规定：“对单跨山形门式刚架，L 系一侧斜梁的坡面长度”，而不是构件跨度
10、。此外，由于柱顶位移和构件挠度产生的屋面坡度改变值，不应大于坡度设计值的1/3 CECS102第3.4.2条。3） 跨度大于30m 的斜梁宜起拱。4）表3.4.2-2应为刚架柱顶位移（计算值）的限值。支撑布置要求 1）圆钢支撑仅能用于无吊车厂房，直径应由计算确定，考虑净截面要求，不得小于10mm。圆钢支撑与构件腹板的连接处，tw5mm寸应腹板补强。宜采用专用楔形连接件，宜设置花兰螺丝。2）有5t 及以上吊车时，柱间支撑应采用型钢支撑。3）有15t 以上吊车时，应设置屋盖纵向支撑和增加吊车梁的侧向刚度。4）无吊车时柱间支撑间距不大于 3045米，应与屋盖横向支撑位于 同一开间。5）建筑物宽度大于
11、60 米时，在内柱宜适当设置柱间支撑。（在外柱支撑相应位置设置）。 内柱不能设置交叉支撑时，可改用角撑anglebrace或纵向刚架。6）有吊车时，下柱支撑设在温度区间中部或三分点处，端部不设。9. 刚架构件计算主要规定: 利用屈曲后强度腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度，按有效宽度计算截面特性。腹板的受剪板幅，当腹板高度变化不超过60mm m 时按拉力场理论计算。1）弹性设计法，不能考虑塑性。变截面刚架有可能几个截面同时出现塑性较。2）板件最大宽厚比，翼缘为 15/ ,腹板250/。3）通常一段构件中，仅改变腹板高度，不改变翼缘宽。4）刚架柱的稳定归结为楔形柱的稳定，注意计算公式特点，摇摆柱
12、和柱脚连接对计算长度的影响。5）腹板受剪利用屈曲后强度，要求加劲肋设置间距hw2hw,实际上都没有设置。原因：荷载很小，剪力很小，梁腹板处于剪应力工小于临界剪应力 仁的状态，属于屈曲前阶段；（魏潮文P45页第 25行），只要是上述状态，就可不利用屈曲后强度，也没有压力带 出现。< T crcrfv /临界剪应力与腹板的通用高厚比的平方成反比6）刚架柱的平面外稳定计算。面外计算长度的选取？隅撑间距。7）斜梁平面内只计算强度，不计算稳定（坡度小，轴力小，对稳定 影响小）。平面外稳定归结为下翼缘的隅撑设置。8）考虑屈曲后抗剪强度时，变截面构件楔率应小于60mm/m.9）无吊车时柱脚较接，下部最
13、小宽度 200mm,注意抗剪计算。有桥 吊时柱脚刚接，宜用等截面柱。10.橡条计算*1）受力特点，成都地区通常为强度控制，沿海地区风吸力使下翼缘 受压稳定控制。2）截面有冷弯C形和Z形，高频电焊H型钢，桁架式橡条；构造有 简支、搭接连续、悬臂式几种。3） Z形橡条搭接连续的 优势：比简支槐条省 2535%卬第*俺刚架）£1三。一1加空”其余刚料且三（1】人4）搭接连续槐条的计算建议，搭接长度达到跨度 10%时，可基本满足均匀连续梁|模式；支座处基本上具有双j模承载力，因连接松动可考， 一： <虑支座弯矩降低10%;风吸 卜'- v力作用下可仅计算跨中反弯点间的梁段稳定。
14、注意“技术措施”要求，端支座搭接长度不小于 1400mm。 -5）悬臂式橡条隔跨布置，悬臂端部设较接段，弯矩可比简支减少一 半，仅有计算建议。11.隅撑计算规定1）用隅撑代替通长系杆，减小受压翼缘侧向自由长度2）仅在斜梁下翼缘和柱内翼缘布置。3） 斜梁下翼缘与刚架柱内侧相交处为关键点，此点附近应确保设置隅撑。为受压区！4）在斜梁下翼缘受压区均应设置隅撑，其间距不应大于相应受压翼缘宽度的16 倍 规程6.1.6.6。沿柱高应适当设置。5）业主不愿设隅撑时，应采取保证刚架稳定的其它可靠措施，如设置刚性撑杆或加大截面等。6） 隅撑允许单面设置，但承载力应符合公式6.1.6-1 要求。ABC 规定：当
15、翼缘截面积大于2000m2 时，需设置双面隅撑。12. 柱脚锚栓抗拔抗剪设计1）刚架柱脚要设4 颗锚栓，抗风柱可以2 颗。2） 锚栓上拔力计算应计入柱间支撑产生拉力的竖向量。！规程 7.2.19 计算有柱间支撑的柱脚锚栓在风荷载作用下的上拔力时。应计入柱间支撑产生的最大竖向分力，且不考虑活荷载（或雪荷载）、积灰荷载和附加荷载的影响，恒荷载分项系数应取1.0（强条）3）柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。4）柱脚抗剪键的设置：刚架柱要设，抗风柱可不设。5）日本柱脚设计规定:允许锚栓抗剪。13 .工形截面构件T 形连接单面焊1）单面焊适用于仅承受剪力的焊缝，列入附录F。2）单面焊的应用条件和适
16、用范围：在设备和其它技术条件具备时才能采用。仅可用于承受静荷载和间接动荷载、非露天和无强腐蚀性介质的结构构件。底板的连接、柱与牛腿的连接、梁端板的连接、吊车梁及支承局部悬挂荷载的吊架等，不得采用单面焊。单面焊适用于腹板厚度不大于8mm 的板件，经工艺评定合格后方可采用。3）业界对单面焊的看法，不是单面焊双面成型技术，不熔透。14 .高强度螺栓端板连接的设计规定1）端板优点是安装方便。超过设计承载力时为半刚性连接。不建议用普通拼接形式代替。2）厚度计算公式简述，s <f。3） 端板连接抗弯计算的中和轴位置：端板形心（螺栓群形心）、受压翼缘中心,与两种算法差异。4） 端板厚度应由计算确定，但
17、不小于16mm。 可取与螺栓直径相等5） 当端板连接只受轴力和弯矩，或剪力小于其实际抗滑移承载力（此时抗滑移系数取0.3）时，表面可不作专门处理。6）端板连接不得采用普通螺栓代替高强度螺栓。7）构件与端板的连接焊缝: 应采用全熔透对接焊缝计算疲劳的对接焊缝，受拉横向焊缝应为一级；不要计算疲劳的结构中，对接焊缝受拉不应低于二级。角焊缝只能达到三级，不能要求一或二级；15 . 摇摆柱设计：我一般没有做摇摆柱，而是柱顶刚接。柱顶铰接，柱子可以省，但是梁不省。还有中柱也做变截面的，可以减小中柱面外稳定应力？ ,1）在构造上通常采用圆管，也有采用H 型钢的。2）摇摆柱为负刚度，在多跨厂房不宜连续三根以上
18、。3）不应用于支承托架或托梁。不宜设置牛腿支承吊车。4）设计轴力应适当增大，考虑端部嵌固引起的次应力。16. 结构工程安装允许偏差表8.2.7 支承面、地脚螺栓允许偏差，8.2.8 刚架柱安装允许偏差，8.2.9 刚架斜梁安装允许偏差，8.2.10 吊车梁安装允许偏差，8.2.11 压型钢板安装允许偏差。主要参考GB50205 2002.17. 与施工有关的几个问题1） 刚架在施工中应及时安装支撑，严格执行规定的安装顺序，必要时应增设临时支撑，并用缆风绳充分固定（强制性规定）。2）柱脚底板下面的每根锚栓，应设置调整螺母，校准后进行二次灌浆。底板上要留注浆孔。3）压型钢板纵向搭接长度，可根据屋面
19、坡度和所用胶条情况确定。宜采用丁基橡胶胶条。面板与檩条、墙梁连接的最大钉距不得大于 300。房屋端部风吸力较大，屋面板端头搭接的钉距应适当减小。18.P-力效应是否考虑？如何考虑?*参考 抗规 3.6.3 地震作用下的重力附加弯矩大于初始弯矩的10%，应计入重力二阶效应的影响。Ma=G xh/60=0.017Gh（按1/60侧移考虑）M0=V exh. Ve=0.08G （7 度） M0= 0.08Gh . M0= 0.017Gh>10%M0=0.008Gh 应计入重力二阶效应!一阶分析法（STS软件采用）二阶效应用计算长度系数体现o当利用一阶分析计算程序得出刚架柱顶水平荷载作用下的侧移
20、刚度 K=H/u时，柱计算长度系数可由下列公式计算：1）对单跨对称刚架（图6.1.3-2a）,可按下列公式计算：当柱脚钱接时=4 . 1%/4 0E K hc3 / （）当柱脚刚接时,=5.85 7'EIc0/（Kh3）式中h柱的高度6.1.3-2b）,可按下列公式2）对中间柱为非摇摆柱的多跨刚架（图 计算：当柱脚钱接时当柱脚刚接时1.2 P'E0iP匕=0.85.|E£ 一K K Pih=1.20P hi2EI0 i2(6.1.3-8a)(6.1.3-8b)其中:（折算欧拉力）关于柱脚嵌固作用的影响系数：0.85, 1.20 ,公式各部分的意义关于 为什么公式中 计
21、算长度系数会与轴力有关？为什么边柱 计算长度系数 会比中柱大，轴力越小？STS例题：见图KLM一一根据GB50017线刚度比计算柱的计算长度系数一一柱计算长度系数(有侧移，考虑横梁轴心压力作用线刚度折减)柱号 I柱号 H柱号 H柱号 H(1)1.99( 2)1.75( 3)1.75( 4)1.99一一稳定计算实际采用柱计算长度系数一一钢柱(1)计算长度系数：Ux=1.65Uy=0.42钢柱(2)计算长度系数：Ux=1.22Uy=1.00钢柱(3)计算长度系数：Ux=1.22Uy=1.00钢柱( 4) 计算长度系数：Ux= 1.65Uy= 0.42思考：公式体现每根柱与欧拉临界力的比例，比例越低
22、，潜力越大，负担越大，所以系数越高。这也体现了整体稳定的概念，不是单独构件的稳定。计算长度系数体现了轴力与高度的比例关系对整体稳定的影响，体现了整体抗侧刚度与整体稳定的关系。引申：既然是个整体稳定的关系，我们可以通过改变其它部位的构件截面配置，来达到调整某根柱的N的目的。粗略的二阶效应分析|： P-力效应会导致内力增加10%左右。（图）个人观点：对上述P-/效应分析，一方面位移不会到1/60这一极致,同时此时不与活载组合， 所以不会出现最不利状况。 而P-力效应 对大梁的影响，为什么规程没有体现？ 我以为上述分析在一定程 度回答了这个问题！规范的二阶分析法，当采用计入竖向荷载-侧移效应（即P-
23、力效应）的二阶分析程序计算内力时，计算长度系数可按下列公式计 算：一一一_2 一一=1 - 0.3750.08 2(1 - 0.0775 )=91凡）一1（d为大小头的截面高度）试算：600/250=2.4, y=1.4, （1=0.6140说明采用二阶分析，在二阶效应不大的情况下，有可能得到更为经济的设计。19.设计的控制组合是哪一种工况？每做一类工程我们都要去找到该体系的控制组合，并分析为什么是这 个组合，从而能够有针对性的去着手解决问题，为今后的工作积累经验。在成都地区，风载不大，雪载很小，这种情况下的控制组合是什么？低矮型建筑，风载以风吸为主，与竖向荷载是相互抵消的，是否风载 的组合不
24、成为控制组合？算例： 柱 1234 梁 1246NO17 23555 (31)NO 51.2 恒+1.4 活 1NO1.2 恒+1.4活 2NO 171.2恒+1.4活 1+0.6*1.4 左风NO 231.2恒 +1.4活2+0.6*1.4 右风NO 311.2恒 +1.4活4+0.6*1.4 右风中柱为什么会有风载的影响?中梁为什么会有风载的影响?总结：柱：最不利组合以（DL+LL ）为主，中柱会叠加风载的影响。梁：最不利组合以（DL+LL ）为主，中梁会叠加风载的影响。思考： （恒+活）作为控制组合，活载不能变，恒载的恰当选取对结构的经济性就是个至关重要的因素。20. 准确的恒荷载选取，
25、对最后的用钢有较大影响：单彩板 彩板连接件 保温棉 檩条 拉条、隅撑5.80 kg/m20.50 kg/m20.80 kg/m24.80 kg/m20.50 kg/m2（0.5mm 厚 得板率 0.76）16Kg/m3, 厚 50mm）所以：单板+保温棉双板 +保温棉12.4 = 15 kg/m218.2 = 20 kg/m2喷淋： 5.0 kg/m2（用于刚架） 注意檩条的荷载取值具体分析，边上是否有主管，可以 边跨加成双檩，也可以局部加强夹层恒载（办公楼）：5.1 KN/m22.5（板 ）+0.3（次梁）+ 0.8（面层 ）+0.5（抹灰或吊顶）+1.0（轻质隔墙）21. 计算参数的选择：
26、梁柱自重放大系数:铰接柱脚1.10 ，全刚接1.15 ，净、毛截面面积比0.95 （考虑孔洞对截面 An、Wnx削弱的影响）祝大家新年快乐关于翼缘板厚与腹板高度比大于1/100 的原因 :计算参数的选择：梁柱自重放大系数1.1 净、毛截面面积比0.95。屋面坡度变化率，CECS102第3.4.2条，为避免变形后的积水，当坡度较小时，斜梁的截 面由本条控制。当构件的长细比少量超限时，可以尝试减小腹板厚度，导致回转半径i 增大，还可以减低长细比。简支檩条不同情况的几种计算方法：5）搭接板可考虑面板约束；5）浮动式面板不考虑面板约束，3）有可靠檩间支撑可仅计算强度。6）附录E 的计算特点。算例助误：P.113,末行应为。P.115,第1行，公式根号中的 4"应为-柱子轴线：以柱子小头的中心线弓I伸平 行于柱外翼缘的直线为柱子轴线，斜面 梁轴线以小截面中点引伸平行于上翼缘 平面的宜线为斜梁轴线。