門式剛架結(jié)構(gòu)體系基本說明與設(shè)計(jì)要點(diǎn)   

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1.門剛結(jié)構(gòu)體系基本情況

門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)主要指承重結(jié)構(gòu)為單跨或多跨實(shí)腹門式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、可以設(shè)置起重量不大于 20t 的 A1～A5 工作級(jí)別橋式吊車或 3t 懸掛式起重機(jī)的單層鋼結(jié)構(gòu)房屋。

在輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系中，屋蓋應(yīng)采用壓型鋼板屋面板和冷彎薄壁型鋼檁條，主剛架可采用變截面實(shí)腹剛架，外墻宜采用壓型鋼板墻板和冷彎薄壁型鋼墻梁，也可以采用砌體外墻或底部為砌體、上部為輕質(zhì)材料的外墻。主剛架斜梁下翼緣和剛架柱內(nèi)翼緣的出平面穩(wěn)定性，由與檁條或墻梁相連接的隅撐來保證。主剛架間的交叉支撐可采用角鋼或張緊的圓鋼。

單層門式剛架輕型房屋可采用隔熱卷材做屋蓋隔熱和保溫層，也可以采用帶隔熱層的板材作屋面門式剛架輕型房屋屋面坡度宜取 1/8～1/20，在雨水較多的地區(qū)宜取其中較大值。

門式剛架尺寸應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)、門式剛架的跨度，應(yīng)取橫向剛架柱軸線間的距離。

(2)、門式剛架的高度，應(yīng)取地坪至柱軸線與斜梁軸線交點(diǎn)的高度。門式剛架的高度，應(yīng)根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高確定，設(shè)有吊車的廠房應(yīng)根據(jù)軌頂標(biāo)高和吊車凈高要求而定。

(3)、柱的軸線可取通過柱下端（較小端）中心的豎向軸線。工業(yè)建筑邊柱的定位軸線宜取柱外皮。斜梁的軸線可取通過變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平行的軸線。

(4)、門式剛架輕型房屋的建筑尺寸：其檐口高度，應(yīng)取地坪至房屋外側(cè)檁條下緣的高度；其最大高度，應(yīng)取地坪至屋蓋頂部檁條上緣的高度；其寬度，應(yīng)取房屋側(cè)墻墻梁外皮之間的距離；其長度，應(yīng)取兩端山墻墻梁外皮之間的距離。

(5)、門式剛架的跨度，單跨宜為 12～48m，以 3m 為模數(shù)。邊柱的寬度不相等時(shí)，其外側(cè)要對(duì)齊。

(6)、門式剛架的高度，宜為 4.5～9.0m，必要時(shí)可適當(dāng)加大。當(dāng)有橋式吊車時(shí)不宜大于 12m。

(7)、門式剛架的間距，即柱網(wǎng)軸線在縱向的距離宜為 6m，也可采用 7.5m 或 9m，最大可用 12m。跨度較小時(shí)可用 4.5m。

(8)、挑檐長度可根據(jù)使用要求確定，宜采用 0.5～1.2m，其上翼緣坡度宜與斜梁坡度相同。門式剛架的形式分為單跨雙坡、雙跨單坡、多跨雙坡以及帶挑檐和帶毗屋的剛架等。多跨剛架中間柱與剛架斜梁的連接，可采用鉸接。多跨剛架宜采用雙坡或單坡屋蓋，必要時(shí)也可采用由多個(gè)雙坡單跨相連的多跨剛架形式。

單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)是指以輕型焊接 H 形鋼（等截面或變截面）、熱軋 H 形鋼（等截面）或冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的實(shí)腹式門式剛架或格構(gòu)式門式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼（槽形、Z 形等）做檁條、墻梁；以壓型金屬板（壓型鋼板、壓型鋁板）做屋面、墻面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、巖棉、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當(dāng)設(shè)置支撐的一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系。

在目前的工程實(shí)踐中，門式剛架的梁、柱多采用焊接 H 形變截面構(gòu)件，單跨剛架的梁柱節(jié)點(diǎn)采用剛接，多跨則大多剛接和鉸接并用；柱腳可與基礎(chǔ)剛接或鉸接；圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用壓型鋼板；保溫隔熱材料多采用玻璃棉。

2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)由于門式剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎剛度、抗扭剛度較小，結(jié)構(gòu)的整體剛度較弱，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)輸和安裝過程中要采取的必要措施，防止構(gòu)件發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。

(2)要重視支撐體系和隅撐的布置，重視屋面板、墻面板與構(gòu)件的連接構(gòu)造，使其能參與結(jié)構(gòu)的整體工作。

(3)組成構(gòu)件的桿件較薄，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮對(duì)制作、安裝、運(yùn)輸?shù)囊蟆?/span>

(4)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱的影響。

(5)門式剛架的梁柱多采用變截面桿件，梁柱腹板在設(shè)計(jì)時(shí)考慮利用屈曲后的強(qiáng)度，所以塑性設(shè)計(jì)不再適用。

(6)設(shè)計(jì)中對(duì)輕型化帶來的后果必須注意和正確處理，比如風(fēng)力可使輕型屋面的荷載反向等。支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要屋面支撐

1） 門式剛架的屋面支撐應(yīng)和系桿、斜梁構(gòu)成幾何不變的桁架體系。

2） 在房屋的每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置獨(dú)立的空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。

3） 柱距越大，吊車起重量越大且工作級(jí)別越高，支撐的剛度應(yīng)越大。

4） 地震區(qū)的支撐應(yīng)適當(dāng)增加，并加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。

5） 屋面支撐一般采用交叉支撐形式，僅按軸心拉桿設(shè)計(jì)，不考慮壓桿的工作。非地震區(qū)，考慮用圓鋼截面作為支撐。此時(shí)由于圓鋼末端設(shè)有特殊的張緊裝置，可以不控制其長細(xì)比。地震區(qū)或風(fēng)荷載較大時(shí)，一般用型鋼截面作為支撐，支撐一般按長細(xì)比控制，當(dāng)荷載較大時(shí)，還應(yīng)根據(jù)內(nèi)力情況，驗(yàn)算材料強(qiáng)度。

6） 系桿一般按壓桿設(shè)計(jì)，常用截面為圓管截面。

柱間支撐

1） 廠房的每一開間每一柱列，都應(yīng)設(shè)置柱間支撐，且邊柱與中柱柱列應(yīng)在同一開間內(nèi)。

2） 有吊車時(shí)，柱間支撐應(yīng)在牛腿上下分別設(shè)置上柱支撐和下柱支撐。

3） 當(dāng)抗震設(shè)防烈度為 8 度或者有橋式吊車時(shí)，廠房單元兩端開間宜設(shè)置上柱支撐。

4） 廠房各柱列的柱頂及屋脊的位置應(yīng)設(shè)置通長的水平系桿。

5） 柱間支撐的形式主要有十字形，人字形和門形等。十字形支撐傳力直接，構(gòu)造簡單，用料節(jié)省，剛度較大，是應(yīng)用較多的一種形式；人字形和門形主要用于柱距較大或于建筑功能限制不能使用十字支撐的情況。

6） 十字形支撐的設(shè)計(jì)，一般僅按受拉桿件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不考慮壓桿的工作。在布置時(shí)，其傾角一般按 35 度～55 度考慮。

7） 柱截面高度小于 800mm 時(shí)，一般多是沿著柱子中心線設(shè)置單片支撐。其截面形多為單角鋼組成的 T 形或兩槽鋼組成的工字鋼截面。有吊車時(shí)，一般用雙片支撐。

8） 柱間支撐的截面大小可由計(jì)算確定，并驗(yàn)算其長細(xì)比，對(duì)荷載不大的情況，一般由長細(xì)比控制。

9） 山墻風(fēng)荷載由獨(dú)立溫度區(qū)段的所有柱間支撐承擔(dān)，計(jì)算時(shí)，可按柱列求得，然后再平均分配到每道柱間支撐，分層時(shí)，可分別求出。

10） 吊車的縱向制動(dòng)力由下柱柱間支撐承擔(dān)。可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012第 6.1.2 條第一款

11） 縱向地震作用計(jì)算可按柱列法進(jìn)行，計(jì)算按兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)考慮。

12） 縱向地震作用不與山墻風(fēng)荷載和吊車的縱向制動(dòng)力同時(shí)組合。

3.結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置

3.1 結(jié)構(gòu)形式

門式剛架的結(jié)構(gòu)形式按跨度可分為單跨、雙跨和多跨，按屋面坡脊數(shù)可分為單脊單坡、單脊雙坡、

多脊多坡。屋面坡度宜取 1/20～1/8。單脊雙坡多跨剛架，用于無橋式吊車的房屋時(shí)，當(dāng)剛架柱不是特

別高且風(fēng)荷載也不是很大時(shí)，依據(jù)“材料集中使用的原則”，中柱宜采用兩端鉸接的搖擺柱方案。門式

剛架的柱腳多按鉸接設(shè)計(jì)，當(dāng)用于工業(yè)廠房且有 5t 以上橋式吊車時(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接。

3.2 結(jié)構(gòu)布置

3.2.1 剛架的建筑尺寸和布置。

門式剛架的跨度宜為 12～48m，當(dāng)柱寬度不等時(shí)，其外側(cè)應(yīng)對(duì)齊。高度應(yīng)根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高

確定，宜取 4.5～9m?？v向溫度區(qū)段小于 300m，橫向溫度區(qū)段小于 150m（當(dāng)有計(jì)算依據(jù)時(shí)，溫度區(qū)段可

適當(dāng)放大）。

3.2.2 檁條和墻梁的布置

檁條間距的確定應(yīng)綜合考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶、屋面材料、檁條規(guī)格等因素按計(jì)算確定，一般應(yīng)等間距布置，但在屋脊處應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道，在天溝附近布置一道。側(cè)墻墻梁的布置應(yīng)考慮

門窗、挑檐、雨蓬等構(gòu)件的設(shè)置和圍護(hù)材料的要求確定。

3.2.3 支撐和剛性系桿的布置

(1)在每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。

(2)在設(shè)置柱間支撐的開間，應(yīng)同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐，以構(gòu)成幾何不變體系。

(3)端部支撐宜設(shè)在溫度區(qū)段端部的第一或第二個(gè)開間。柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向受力情況及安裝條件確定，一般取 30～45m，有吊車時(shí)不宜大于 60m。

(4)當(dāng)房屋高度較大時(shí)，柱間支撐應(yīng)分層設(shè)置；當(dāng)房屋寬度大于 60m 時(shí)，內(nèi)柱列宜適當(dāng)設(shè)置支撐。

(5)當(dāng)端部支撐設(shè)在端部第二個(gè)開間時(shí)，在第一個(gè)開間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿。

(6)在剛架的轉(zhuǎn)折處（邊柱柱頂、屋脊及多跨剛架的中柱柱頂）應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿。

(7)由支撐斜桿等組成的水平桁架，其直腹桿宜按剛性系桿考慮。

(8)剛性系桿可由檁條兼做，此時(shí)檁條應(yīng)滿足壓彎構(gòu)件的承載力和剛度要求，當(dāng)不滿足時(shí)可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H 型鋼或其他截面形式的桿件。

(9)當(dāng)房屋內(nèi)設(shè)有不小于 5t 的吊車時(shí)，柱間支撐宜用型鋼；當(dāng)房屋中不允許設(shè)置柱間支撐時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向剛架。

4.荷載及荷載組合

4.1 永久荷載

永久荷載包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重和懸掛在結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力荷載，如屋面、檁條、支撐、吊頂、墻面構(gòu)件和剛架自重等。

4.2 可變荷載

可變荷載包括屋面活荷載（設(shè)計(jì)屋面板和檁條時(shí)應(yīng)考慮施工和檢修集中荷載，其標(biāo)準(zhǔn)值為 1kN）、屋面雪荷載和積灰荷載、吊車荷載、地震作用、風(fēng)荷載等。

4.3 荷載組合

荷載組合一般應(yīng)遵從《建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50009-2012的規(guī)定，針對(duì)門式剛架的特點(diǎn)，《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022-2015 給出下列組合原則：

(1)屋面均布活荷載不與雪荷載同時(shí)考慮，應(yīng)取兩者中較大值。

(2)積灰荷載應(yīng)與雪荷載或屋面均布活荷載中的較大值同時(shí)考慮。

(3)施工或檢修集中荷載不與屋面材料或檁條自重以外的其他荷載同時(shí)考慮。

(4)多臺(tái)吊車的組合應(yīng)符合《建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。

(5)當(dāng)需要考慮地震作用時(shí)，風(fēng)荷載不與地震作用同時(shí)考慮。

5.控制指標(biāo)

5.1 構(gòu)件控制指標(biāo)

門式剛架構(gòu)件驗(yàn)算最顯著的特點(diǎn)是考慮腹板屈曲后強(qiáng)度，這樣能充分發(fā)揮材料的性能。

強(qiáng)度應(yīng)力比：大于上限為不足，小于下限為過大。

穩(wěn)定應(yīng)力比：大于上限為不足，小于下限為過大。

抗剪應(yīng)力比：大于上限為不足，小于下限為過大。

局部穩(wěn)定:需要滿足翼緣外伸 15 ，腹板在滿足 250 的前提下取有效截面。受壓桿件長細(xì)比：大于 180 為不滿足。

5.2 整體控制指標(biāo)

結(jié)構(gòu)柱頂水平位移：按規(guī)范表格 3.3.1 規(guī)定的限值，無吊車大于 1/60 為不足；有不帶操作室吊車的廠房大于 1/180 為不足；有帶操作室吊車的廠房大于 1/400 為不足。受彎構(gòu)件的撓度與其跨度的比值：不應(yīng)大于規(guī)范表格 3.3.2 規(guī)定的限值。由于柱頂位移和構(gòu)件撓度產(chǎn)生的屋面坡度改變值，不應(yīng)大于坡度設(shè)計(jì)值的 1/3。