《钢结构设计》(门式刚架)课程设计指导书
《钢结构设计》课程设计指导书
（门式刚架）
土木工程与建筑学院
《钢结构设计》课程设计指导书
绪言课程设计目的要求
课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过《钢结构设计》课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。
《钢结构设计》课程设计题目
一、设计题目
某24m跨度厂房的门式刚架设计，刚架柱、梁均采用等截面（或变截面）。
二、设计任务
1、选择钢屋架的材料；
2、柱网及屋面结构布置（包括支撑体系布置）；
3、门式刚架选型；
4、确定门式刚架梁、柱截面形式，并初估截面尺寸；
5、钢屋盖及支撑的布置；
6、钢屋架的结构设计；
7、绘制门式刚架施工图及材料表。
三、设计资料
建造于某市的轻工厂房，建筑面积1500m2厂房平面及剖面如图所示，据生产要求无吊车，屋面采用0.6mm厚镀锌压型彩涂板，刚架柱、梁均采用等截面（或变截面），柱梁节点处为构造加腋（视为刚接，计算时可不考虑加腋之影响），柱与基础为铰接，拟在刚架平面外设柱间支撑及檩条端部隅撑，在a,b点分别提供柱梁的侧向支撑点，设计时考虑积灰荷载0.4kN/m2，该地区的基本雪压为0.5kN/m2, 基本风压为0.5kN/m2，轻质屋面，屋面活荷载取0.4kN/m2。檩条及支撑重0.2kN/m2，刚架斜梁自重0.2kN/m2；轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）0.7kN/m2。
刚架简图及其风荷载体型系数
（a）平面图（b）刚架简图（c）刚架风荷载体型系数
门式刚架设计计算
一、材料选择
刚架结构中所采用的钢材应符合国标要求，一般采用Q235钢或Q345钢，Q345钢多用于刚架斜梁与柱，但当构件是以变形控制时应慎用。焊条可选用E43型，手工焊。
二、结构平面布置
结构平面布置主要是确定刚架的柱网布置。柱网布置首先应满足工艺要求，面积大的厂房考虑温度区段的控制，依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：“纵向温度区段不大于300m；横向温度区段不大于150m；当有计算依据时温度区段可适当加大”。
门式刚架的柱距的选择应依据屋面的受载情况与功能要求综合确定，并应满足工艺要求，一般宜采用6-9m的柱距。柱距的选择合理与否直接影响结构单位面积的耗钢量，经济柱距的
选择不应仅从刚架的用钢量进行评价，而应计及檩条与墙梁的用钢指标进行综合评估。
在多跨刚架中，当由于工艺要求或建筑功能需要局部抽掉边柱或中柱时，可在相邻柱间设置托梁或托架支承。
三、门式刚架选型
刚架的选型应同时满足建筑和结构上的要求，对工业建筑如厂房、仓库等应遵循“形式服从功能”的基本原则，而对于一些民用建筑和公共建筑，刚架的选型则应服从建筑设计要求。刚架选型的内容包括跨度大小和数量的确定及刚架截面形状的选择。刚架选型考虑的主要因素包括：房屋尺寸（长、宽、高）、屋面坡度、所需柱网的柱间净距、跨度、房屋的功能要求及拟采用的屋面与墙面材料等。
单跨刚架多用于横向空间要求不太大的建筑，适用于要求无障碍工作情况下的建筑，如影剧院、体操房、机房等，一般来说，其跨度在18-36m。单跨刚架多采用焊接“工”字型截面或轧制H型截面。合理截面是依据其弯矩图确定变截面梁柱高度，此类截面用钢量较小，具有良好的经济性，但制造过程相对复杂。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。
多跨刚架，亦称为连续柱刚架或多元刚架。多跨刚架从理论上讲对房屋的宽度尺寸没有限制，但当宽度超过一定限度时应设置伸缩缝。多跨刚架通常是大型建筑物的备选方案之一，多跨刚架由于使用连续刚架，因此较为经济。多跨刚架不利之处是对不均匀沉降敏感，在沉降较大的软土场上使用时应详细考察基础的沉降情况。同时，多跨刚架内柱的位置在建成后不易改变，故还应考虑未来设备布置改变的情况。多跨刚架截面选择类似于单跨刚架，但中柱一般采用等截面。
四、支撑系统
门式刚架钢结构中，支撑系统可分为屋盖水平支撑、柱间支撑及其隅撑。
支撑系统应能明确、合理简捷地传递纵向水平荷载，尽量缩短传力途径；并保证结构体系的整体稳定性，为结构和构件提供侧向支撑点；方便结构的安装；满足必要的强度、刚度要求，须具有可靠的连接。
一般情况下，门式刚架房屋均需设置屋盖横向水平支撑，以传递山墙水平风荷载，对于此类支撑的设置《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》给出了具体的规定。对于一些结构形式复杂的建筑，如存在局部抽柱、局部突出及平面布置不规则的结构，除设置屋盖横向水平支撑外，还需设置纵向支撑，以提高结构的整体性，同时调整刚架的内力分布。纵向支撑的设置应具有连续性，同时必须保证具有明确的传力路径。
柱间支撑一般应设置在柱列的中部。柱顶水平系杆需设计成刚性系杆，以便将屋盖水平支撑所承受的荷载传递到柱间支撑上。如建筑物较长，可增设柱间支撑。当有两道柱间支撑时，宜分别放在纵向1/3处。
隅撑是实腹式门式刚架轻型号钢结构房屋中特有的构件。隅撑设置在刚架斜梁下翼缘与檩条之间或刚架边柱内翼缘与墙梁之间。对刚架斜梁和刚架边柱的稳定性起支撑作用。
五、檩条与墙梁
檩条的布置较为简单，当跨度不超过9.0m时，通常檩条直接搁置在刚架斜梁上，并通过檩托与斜梁连接。当刚架间距即檩条跨度较大时（如超过12.0m），若两端仍采用斜梁支承，则可能导致设计不经济，此时可考虑增设托梁、斜梁或增设檩条梁、次梁以减小檩条跨度。檩条的间距依屋面板材料的力学性能和屋面荷载的大小而定，一般在1.0-1.5m范围内。在檩条间应根据檩条跨度设置拉条和撑杆等构件。
墙梁的布置原则与檩条类似，此不赘述。
六、分析模型的建立
刚架的内力分析与设计是基于初步设计确定的结构体系建立力学模型，计算结构构件的内力与变形，根据内力分析结果校核构件的承载力，并对刚架的节点进行设计和验算。力学计算
模型涉及的内容包括构件单元类别的确定、节点定义、几何模型的建立、荷载的取值与导算、荷载组合、分析方法的选择等；构件和节点设计主要内容为构件的承载力、变形及稳定性验算，并依据选择的构件截面设计节点，校核节点承载力。
门式刚架系超静定结构，内力计算一般采用弹性分析方法。门式刚架结构的内力分析依据结构布置情况的规则性与复杂程度的不同，可采用简化的平面结构或考虑空间整体作用建立计算模型。一般情况下，结构平面布置较规则、构件分布对称，刚架无局部不规则的夹层与凸起，所受外部荷载较为均匀，则可简化为平面结构计算刚架的内力。当结构平面布置或竖向布置呈不规则时，或受载情况复杂等条件下，如按传统的平面门式刚架简单分析，其结构走出工程设计允许误差范围，且情况复杂时简化工作更是困难，尤其是对于纵向水平支撑与屋面系统的简化，此时应采用空间结构进行计算。
（1）几何尺寸的确定
建立几何模型涉及的主要尺寸有：刚架的跨度、柱距、刚架高度、屋面坡度。
刚架的跨度可定义为横向刚架柱轴线间的距离，对变截面柱其轴线可取通过柱下端（较小端）中心的竖向轴线。
刚架柱距取相邻刚架横向轴线间的距离。
刚架的计算高度为自柱底至刚架斜梁轴线与柱轴线交点处的长度。对变截面刚架斜梁，其轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平等的轴线。门式刚架的脊顶高度可依据檐口处的高度与屋面坡度在建模型时自动推算出。
（2）构件单元类别与节点类型的定义
当采用平面刚架建模时，涉及的主要构件为刚架斜梁与柱，而采用空间计算模型时，除上述单元外还包括屋盖支撑系统、柱间支撑、刚性系杆等。有些较为复杂的结构可能还包括平台、雨篷及托架或托梁等。下表列出了门式刚架结构常用单元与节点类型的定义。
构件名称
单元类别
连接节点类别
主刚架
梁
梁单元
两端均为刚接
柱
与基础连接端铰接、与梁连接端刚接
墙架柱
梁单元
两端均为铰接，且与刚架斜梁连接端释放竖向约束水平支撑
压杆
拉压二力杆
两端铰接
交叉杆
拉杆单元
柱间支撑
压杆
拉压二力杆
两端铰接
交叉杆
刚性系杆
拉压二力杆
两端铰接
托架
弦杆
梁单元
两端铰接
腹杆
拉压二力杆
雨篷梁
梁单元
一端刚接、一端悬臂
（3）截面的初步选择
主刚架构件可采用轧制或焊接形成的H型钢、工字钢、槽钢等。
建立计算模型时必须初步确定构件的截面尺寸，选择截面时必须保证构件各板件的尺寸能满足基本构造要求，以保证构件整体稳定与局部稳定的前提，主要由构件的长细比与宽厚比（或高厚比）确定。下表给出了受压与受拉构件的长细比限值。主刚架构件截面一般由稳定控制，其长细比取值不宜太高。
受压构件长细比限值
构件类别
长细比限值
备注
主要构件
180
在永久荷载与风荷载组合作用下受压构件，其长细比不宜大于250
其他构件、支撑与隅撑
220
受拉构件长细比限值
构件类别
受静态荷载或间接承受动态荷载的结构
直接承受动态荷载的结构
桁架构件
350
250
吊车梁与吊车桁架以下的柱间支撑
300
--
其他支撑（张紧的圆钢或钢铰线支撑除外）
400
--
初选刚架斜梁、柱截面的高度和宽度时，可参考相关资料或已建成的类似结构，结合拟分析结构的跨度、高度及荷载情况估算。一般斜梁截面的高度可取跨度的1/20-1/55，柱截面高度取柱高的1/10-1/20，上述取值区间较大，当跨度或荷载较大时可取较大值。截面高度与宽度之比h/b可取2-5，刚架柱为压弯构件，其h/b可取较小值，但有的梁端为了与柱连接（竖板连接）梁端可取h/b≤6.5。
（4）建立分析模型
建立分析模型的主要工作是依据初选的构件断面及构件的受力特点，利用有限元软件分析模
型中之几何模型，并定义结构的材料属性。
建立分析模型要解决的关键问题是确定拟分析结构所需建立模型的类别，即是建立简化的平面结构模型还是空间整体模型。
采用平面模型分析时一般应将整体结构简化为横向平面刚架体系和柱间支撑体系。横向水平刚架承受跨间的全部竖向荷载和横向水平荷载，柱间支撑体系承担纵向水平荷载，包括屋盖支撑和柱间支撑两部分。对于可简化为平面模型分析的门式刚架结构，应根据各刚架的受载情况和截面特征选择典型刚架进行内力分析，由于横向风荷载在纵墙中部和靠近山墙端分布存在差异，因此在各开间尺寸相等且竖向荷载等值均匀的结构中，至少应分析三榀刚架的内力。
采用空间模型时，通常是根据结构布置图，选择其中的主要受力构件建立有限元分析模型。空间模型中应包括的主要构件有刚架斜梁、刚架柱、屋盖支撑、柱间支撑、刚性系杆及山墙墙架柱或山墙构架系统，对于存在平台或吊车的结构，平台与吊车梁是否应在模型中反映或简化为相应的荷载则需视具体情况确定。空间模型中一般不建入檩条与墙梁单元，而是将屋面荷载和墙面荷载等价作用在刚架系统中。
七、荷载和内力计算
（一）荷载计算
设计门式刚架结构所涉及的荷载，包括永久荷载和可变荷载。
（1）永久荷载
永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、场面构件和刚架自身等。
（2）可变荷载
屋面活荷载
当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布括荷载的标准值（按水平投影面积计算）应取0.5kN/m2；对受荷水平投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取0.3kN/m2。设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载（人和小工具的重力），其标准值为1kN。
屋面雪荷载和积灰荷载
屋面雪荷载和积灰荷载的标准值应按《荷载规范》的规定采用，设计屋面板、檩条时并应考虑在屋面天沟、阴角、天窗挡风板内和高低跨连接处等的荷载增大系数或不均匀分布系数。吊车荷载
包括竖向荷载和纵向及横向水平荷载，按照《荷载规范》的规定采用。
地震作用
按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的规定计算。
风荷载
按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录A的规定，垂直于建筑物表面的风荷载可按下列公式计算：
（二）荷载效应组合
荷载效应的组合一般应顺从《荷载规范》的规定。针对门式刚架的特点，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》给出下列组合原则：
（1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；
（2）积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；
（3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑：
（4）多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定；
（5）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。
在进行则架内力分析时，所需考虑的荷载效应组合主要有：
（1）1.2×永久荷载+ 0.9×1.4×（积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}）+0.9×1.4×（风荷载+吊车竖向及水平荷载）；
（2）1.0×永久荷载+ 1.4×风荷载
组合（1）用于截面强度和构件稳定性计算。在进行效应叠加时，起有利作用者不加，但必须注意所加各项有可能同时发生。为此，不能在计入吊车水平荷载效应的同时略去竖向荷载效应。组合（2）用于锚栓抗拉计算，其永久荷载的抗力分项系数取1.0。当为多跨有吊车框架时，在组合（2）中还应考虑邻跨吊车水平力的作用。
由于门式刚架结构的自重较轻，地震作用产生的荷载效应一般较小。设计经验表明：当抗震设防烈度为7度而风荷载标准值大于0.35kN/m2，或抗震设防烈度为8度而风荷载标准值大于0.45kN/m2时，地震作用的组合一般不起控制作用。
八、杆件截面设计
刚架截面校核包括：刚架柱与斜梁两部分。由于受压强度验算按有效净截面，稳定性验算要采用有效截面，因此在校核截面承载力前需确定构件的有效截面。
刚架柱为压弯构件，主要承受弯矩、轴力作用，剪力一般相对较小。压弯构件截面承载力的验算包括强度验算和稳定性验算，其中稳定性验算可分为整体稳定性验算与局部稳定性验算。按弹性状态设计式，局部稳定性验算多由构件的板件的宽厚比或高厚比控制。整体稳定性可分为平面内稳定与平面外稳定两种情况。
实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，在平面外按压弯构件计算稳定性，强度与稳定计算可参照压弯刚架柱的计算公式。实腹式斜梁的出平面计算长度，应取侧向支撑点的距离；当斜梁两翼缘侧向支撑点间距离不相等时，应取较大受压翼缘侧向支撑点的距离。当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为斜梁的侧向支撑，隅撑的另一端连接在檩条上。
九、节点设计
节点设计内容包括：刚架斜梁与柱的连接、斜梁的拼接和脊节点的连接及柱脚的连接。节点设计要求构件受力明确，传力路径清晰，计算模型与其实际受力状态相一致。
十、施工图
施工图是指导钢结构构件制造和安装的技术文件，同时也是编制工程预算的依据和工程竣工后的存档资料。因此，务须做到清晰、明确，准确无误，表达详尽。
1．施工图通常采用两种比例尺绘制。屋架杆件的轴线一般用1：20～1：30，而节点尺寸和杆件截面尺寸用1：10～1：15的比例尺绘制。对重要节点和特殊零部件还可加大些，以清楚地表达节点的细部尺寸。
2．施工图上应注明各零部件的型号和主要几何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm的倍数）、定位尺寸、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装的要求。定位尺寸主要有：节点中心至各杆件杆端和至节点板边缘（上、下和左、右）的距离、轴线至角钢肢背的距离等。螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。工厂制造和工地安装要求主要包括：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直径和焊缝尺寸等均应在施工图中注明。工地安装焊缝和安装螺栓应标注其符号。
3．施工图中的各零部件应加以详细编号，其次序按主次、上下和左右排列。完全相同的零部件用同一编号，如两个零部件形状和尺寸完全一样，仅因开孔位置或切角等不同，使两构件成镜面对称时，可采用同一编号而只须在材料表中用正、反字样注明，以示区别。
4．施工图上还应有文字说明。其内容主要有：钢材的钢号、焊条型号和焊接方法、质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸，防锈处理方法，以及运输、安装和制造要求等。此外，对一些在施工图上难以用图而宜用文字表达清楚的内容亦可用文字加以说明。
十一、参考资料
1．中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范（GB50017-2003）．中国建筑工业出版社，2003
2.中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范(GB50009-2001).中国建筑工业出版社,2006
3.中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-2001).中国建筑工业出版社, 2001
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5.中国工程建设标准化协会标准.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102：2002).中国计划出版社, 2003
6.陈绍蕃顾强主编．钢结构(上册钢结构基础). 中国建筑工业出版社，2007
7.陈绍蕃主编．钢结构(下册房屋建筑钢结构设计). 中国建筑工业出版社，2007
8.董军,曹平周. 钢结构原理与设计. 中国建筑工业出版社，2008
9.魏明钟主编. 钢结构(第二版). 武汉理工大学出版社,2006
YJK门式刚架设计
YJK门式刚架设计用户例题展示：
例题：单跨双坡门式刚架 1.设计条件 刚架跨度30m，柱高6m，柱距6m，屋面坡度1/10，柱网及平面布置见图，刚架形式及几何尺寸见图，屋面及墙面为压型钢板复合板。檩条及墙梁为薄壁卷边C型钢，檩条间距1.5m，钢材采用Q345钢。 2.荷载 （1）永久荷载标准值(水平投影) 屋面板及保温屋 0.35 KN/m2 檩条、拉条、支撑等 0.05 KN/m2 悬挂设备及照明灯 0.10 KN/m2 合计 0.5KN/m2; （2）可变荷载标准值 屋面活荷 0.5KN/m2 （3）风荷载标准值 基本风压值0.5KN/m2;地面粗糙度系数按B类取值；风荷载高度变化系数按现行国家标准《建筑结构荷 载规范》的规定采用。当高度小雨10m时按10m高度处的数值采用，；风荷载体型系数按荷载 规范表8.3.1取用。 3.构件设计 （1）门式刚柱、门式刚梁根据门规宽厚比、高厚比要求选用截面分别为：变截面柱H600~400x300x8x12,门式刚梁分成三段截面分别为：变截面H600~400x300x8x12,等截面H400x300x8x12, 变截面H400~600x300x8x12; （2）压型钢板厚度0.6mm。 （3）檩条选用C型薄壁卷边槽钢，檩条间距1.5m， （4）屋面支撑系统：水平交叉支撑采用 （5）边跨及屋脊系杆采用圆钢管 （6）柱间交叉支撑采用角钢L80x6； （7）抗风柱截面为H400x250x8x10.
一：建模型采用普通建模方式 1：布置网格 2：布置门式刚柱、门式刚梁 （1）变截面边柱要根据柱外皮位置来定义垂直边 （2）由于工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮，可以填写偏轴偏心来实现，并在支撑布置以及边跨系杆布置时也要考虑偏心；
轻型门式刚架厂房的设计要点分析
轻型门式刚架厂房的设计要点分析 发表时间：2016-08-18T15:18:25.833Z 来源：《低碳地产》2015年第10期作者：史磊[导读] 随着经济的发展以及科技的进步，促进了工业和民用建筑中对轻型门式刚架的需求日益增加。 辽宁天实城乡建筑设计咨询有限公司【摘要】随着经济的发展以及科技的进步，促进了工业和民用建筑中对轻型门式刚架的需求日益增加。尽管钢结构厂房有很多优点，而作为一种材料，它也有很多缺点，例如易锈蚀、防火性能差等。基于此，本文就对轻型门式刚架厂房的设计要点进行了探讨分析。【关键词】钢结构厂房设计；结构体系；设计要点；结构抗震设计一、钢结构厂房结构体系选择单层钢结构厂房结构体系主要由横向系统和纵向系统两部分组成。横向系统按结构外形可分为框排架、门式刚架等。结构体系的具体选择需根据厂房刚度要求、工艺要求、材料选用情况、结构受力情况等确定。纵向系统一般是由柱间支撑柱、水平支撑、吊车梁及制动梁 或制动桁架、墙梁、屋面梁、系杆等构件组成。 二、轻型门式刚架厂房的设计要点 1、门式刚架荷载取值。在计算门式刚架受力情况时，屋面活载按满布考虑，其结构安全性、用钢量均会随着屋面活荷载取值变大而增大。门式刚架建筑上作用的荷载一般有：竖向荷载（结构自重、雪荷载、积灰荷载等）和水平荷载（风荷载、吊车刹车力），还有地震荷载（水平和竖向）。荷载应根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）国家规范规定作相应的取值。 2、檩条、拉条和撑杆设计。（1）檩条属于双向受弯构件，设计时应对檩条进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。檩条设计时，要考虑檩应为冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲，强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱。同时强度计算要用净断面，要考虑钉孔减弱。刚架整体分析采用的是全截面，如果强度计算不用净截面，实际应力将高于计算值。檩条设计时，应考虑檩条不仅仅是支撑屋面板或悬挂墙面板的构件，而且也是刚架梁柱隅撑设置的支撑体，设置一定数量的隅撑可减少刚架平面外的计算长度，有效的保证了刚架的平面外整体稳定性。（2）拉条的设置与是否主要和檩条的侧向刚度有关，对于侧向刚度较大的轻型H型钢和空间桁架式檩条一般可不设拉条。对于侧向刚度较差的薄壁型钢式檩条，为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，保证整体稳定性，一般需在檩条间设置拉条，作为侧向支撑点。当檩条跨度≤4m时，可计算要求确定是否需要设置拉条；当跨度>6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑竿，在檐口处还应设置斜拉条和撑杆。在檐口应设斜拉条以抵抗风吸力作用下的反向弯矩。 3、柱网布置。轻钢厂房结构设计中要根据建筑高度确定合理的跨度。（1）设计门式刚架时应根据具体要求选择较为经济的跨度，不宜盲目追求大跨度。当刚架跨度较小时，刚架用钢量甚至占总用钢量的50%以上，而其它各单用钢量，特别是墙架梁、柱间支撑、屋面支撑，其用钢量所占比例较小，因此，在设计门式刚架时应精确设计，合理使用。（2）随着柱距增大，其它各部分结构的用钢量均随柱距的增加而增加，特别是吊车梁，由于柱距较大，须采用格构形式，其用钢量所占比例较大，并最终超过了刚架的用钢量。其次是檩条，由于挠度的要求，用钢量增加也较快。 4、刚架内力和侧移计算方法。（1）内力计算方法：对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法（直接刚度法）编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。（2）侧移计算方法：变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求，需采用下列措施进行调整：放大柱或梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚。 5、屋面支撑和柱间支撑设计。（1）屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计，可采用单角钢，非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且风压较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时，可假定在水平荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。（2）柱间支撑，对厂房来说，分为上层支撑和下层支撑。上层支撑计算时，为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力，支撑腹杆按柔性拉杆计算。交叉体系的下层支撑当吊车较小时一般用圆钢，较大时应采用角钢或槽钢。为了提高厂房纵向刚度，当吊车较大时，应交叉斜杆应按拉杆设计。 6、结构体系抗震设计。虽然钢结构厂房由于材料本身具有良好的抗震性能，如果设计不合理，当厂房遭受较大地震时，也会造成严重破坏。钢结构厂房抗震设计时应注意以下问题：（1）平面布置方面，要求厂房结构的质量和刚度均匀分布，使厂房受力均匀，变形协调，尽量避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响；厂房横向结构宜采用刚架或者使屋架与柱刚接连接的框排架，使得钢结构的受力性能得到充分利用并能减少结构体系横向变形。（2）钢结构厂房的破坏一般情况不是由于杆件强度不足，而常常是因为杆件受压失稳而造成的。（3）对于钢结构厂房的抗震概念设计，同样存在“强节点，若构件”的设计理念。对与钢结构连接节点，应保证其破坏不先于结构构件的全截面屈服，应使杆件能进入塑性工作区段，充分吸收地震能量，发挥其抗震能力。（4）当抗震设防烈度为7度～8度时，宜采用钢筋混凝土墙板或轻型墙板，如压型钢板复合板材、石棉瓦、瓦楞铁等。 7、隔热及防火设计。钢材受热温度在100℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度逐步降低，钢材塑性逐步增大；当温度在250℃左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低，出现蓝脆现象；当温度超过250℃时钢材出现徐变现象；当温度达500℃时，钢材强度降至很低，以致钢结构整体塌落。因此，当钢结构表面温度处于150℃以上时，必须做隔热及防火设计，常用做法一般有两种：（1）在钢构件外包耐火砖，增设混凝土保护层或专用防火板材；（2）采用防火涂料，防火涂料分为厚涂型和薄涂型两种，涂料厚度应按《钢结构防火涂料应用技术规程》以及《建筑设计防火规范》的规定选取。 三、结束语
门式刚架的优化设计
摘要：门式刚架轻钢结构的广泛应用对钢结构设计人员做好优化设计不断提出新的要求，促使钢结构设计做到既经济安全，又便于施工。另一方面，安全经济的优化设计对钢结构的进一步发展和应用起到了很大的促进作用。文章对门式刚架轻刚结构设计中有关优化方面的事项，从选择材质、选择截面、综合优化等角度作一简要总结，希望对相关人员提供借鉴。 关键词：门式刚架；轻钢结构；优化设计；材质选择 中图分类号：TU392文献标识码：A文章编号：1009-2374（2010）04-0017-02 一、概述 虽然钢结构建筑在我国起步较晚，但改革开放以来，我国已建成了大量的轻钢结构建筑，成长了一大批钢结构建设企业和设计人员。钢结构因其自重轻、施工周期短、抗震能力强、可回收等优势和特点被人们广泛应用，诸如车间、库房、展厅、接层等都普遍采用了门式刚架轻型钢结构，因此也应运而生了许多钢结构设计软件，设计人员利用电算软件可以方便快捷地做出各种钢结构设计。然而，对于相同的工程使用同一款软件，不同的设计人员会得出各自的结果，究其原因，主要与设计人员基本知识的掌握、见识的多寡、工作实践经验的积累、对钢结构工程的理解认识等有着密切的关系。钢结构设计的结果决定一项工程的含钢量，同时也决定了这项工程的造价，所以设计人员做出的设计结果至关重要，他不仅要符合设计规范，保证结构的安全，也要求在允许的范围内做好恰当的优化，把“好钢用在刀刃上”，将含钢量降到合理的程度，做到经济合理，安全适用，确保质量，因此优化设计就成为钢结构设计中的一项重要内容。文章就作者多年来应用中国建科院ＰＫＰＭ—ＳＴＳ软件的设计经验和施工现场的工作感受，把优化设计门式刚架轻型钢结构方面的一些体会总结出来，与大家共同交流、探讨。 二、优化设计 （一）选择材质 门式刚架轻型钢结构经常使用的材料为现行国家标准《碳素结构钢》（ＧＢ／Ｔ７００）中规定的Ｑ２３５Ｂ钢和《低合金高强度结构钢》（ＧＢ／Ｔ１５９１）中规定的Ｑ３４５Ｂ钢。两种钢材的强度设计值是不同的，如板厚≤１６钢板的强度设计值见表１： 表1钢材的强度设计值（N/mm2） 很显然，Ｑ３４５钢的强度要高于Ｑ２３５钢。具体到每个工程应选择哪种材料合适，这关系到以下几个方面： １．视钢材市场的情况而定，首先了解市场上有什么材质的钢材，设计人员应选择容易采购到的材料。因为在某一阶段市场上销售的钢材并非品种、规格都齐全，如果选用的材料在周边市场不好采购，而需要到较远的地区进货，则会增加材料费用，加大工程成本，造成不必要的经济支出。 ２．Ｑ３４５Ｂ钢的强度要高于Ｑ２３５Ｂ钢，因此用Ｑ３４５Ｂ钢设计的结构含钢量要低于Ｑ２３５Ｂ钢设计的结构含钢量，但Ｑ３４５Ｂ钢的价格每吨要高于Ｑ２３５Ｂ钢２００元到３００元。比较两种钢材的市场价格，比较含钢量，综合分析核算，选用材料总价格低的钢材。 ３．《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（ＣＥＣＳ１０２：２００２）６．１．１中规定：工字型截面构件受压翼缘自由外伸宽度ｂ与其厚度ｔ之比小于１５２３５／ｆｙ 姨，即Ｑ２３５Ｂ钢受压翼缘的宽厚比为１５２３５／２３５ 姨＝１５；Ｑ３４５Ｂ钢受压翼缘的宽厚比为１５２３５／３４５ 姨 ＝１２．３８，Ｑ３４５Ｂ钢受压翼缘的宽厚比小于Ｑ２３５Ｂ钢，同样，工字型截面的Ｑ３４５Ｂ钢腹板的高厚比也小于Ｑ２３５Ｂ钢，若采用相同宽厚的材料做翼缘板，在两种材料都能满足强度要求的基础上，有可能出现Ｑ２３５Ｂ钢的宽厚比可以满足，而Ｑ３４５Ｂ钢的宽厚比不能满足的情况；腹板的高厚比也是如此。因此设计时构件材质的选用，还应视工程结构的具体情况而定。一般对于高大型的结构，宜采用Ｑ３４５Ｂ钢，可以充分发挥材料强度高、结构轻的优势，总体造价将会低于Ｑ２３５Ｂ钢的结构；对于结构造型低、构件断面小的工程，建议采用Ｑ２３５Ｂ钢，以充分利用其宽厚比、高厚比较大的特点，将构件的断面设计到更大、更薄，让材料的强度发挥到最佳状态。 （二）选择截面 门式刚架轻钢结构的构件多采用Ｈ型钢断面，Ｈ型钢又分热轧、国标Ｈ型钢和钢板组焊Ｈ型钢。根据跨度、高度和荷载不同，门式刚架的梁、柱可采用等截面或变截面Ｈ型钢。设计人员在选择构件截面时，应考虑以下几项条件： １．一般的厂房、超市等结构的门式刚架柱可采用变截面Ｈ型钢，即通过改变腹板的高度将柱子做成上大下小的楔型，以满足适应门式刚架柱肩弯距大的受力特性，达到节省材料的目的。若厂房内设有桥式吊车时，要采用等截面Ｈ型钢柱，柱脚要设成刚性连接，《门规》的这项要求是针对小于２０吨吊车的。对于设有超过２０吨吊车的钢结构厂房，ＳＴＳ软件允许将门式刚架柱按普通钢结构设计，刚架梁按《门规》设计。 ２．当门式刚架采用等截面Ｈ型钢柱时，Ｈ型钢的翼缘要具备一定的宽度，以满足刚架在平面外的稳定和长细比要求，因此，热轧国标窄翼缘Ｈ型钢是不适合做钢柱构件的，其翼缘太窄，通常不能满足钢柱在平面外的稳定应力和长细比要求。这是作者多年来做轻钢结构设计的一点经验。 门式刚架的优化设计 聂卫岗 （山西天桥钢结构有限公司，山西太原030006） 钢材牌号厚度（ｍｍ）抗拉、抗压、抗弯抗剪 Ｑ２３５钢≤１６２１５１２５ Ｑ３４５钢≤１６３１０１８０ 17 --
门式刚架计算模板
一、设计资料 某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m ，长度48m ，柱距6m ，檐口标高11m ，屋面坡度1/10。屋面及墙面板均为彩色钢板，内填充保温层，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁 均采用冷弯薄壁卷边C 型钢，钢材采用Q345钢，2 /310mm N f =，2/180mm N f v =，基础混凝土标号C30，2 /3.14mm N f c =，焊条采用E50型。刚架平面布置图，屋面檩条布置图，柱间支撑布置草图， 钢架计算模型及风荷载体形系数如下图所示。 刚架平面布置图 屋面檩条布置图
柱间支撑布置草图 计算模型及风荷载体形系数 二、荷载计算 2.1 计算模型的选取 取一榀刚架进行分析，柱脚采用铰接，刚架梁和柱采用等截面设计。 2.2 荷载取值计算： （1） 屋盖永久荷载标准值 彩色钢板 0.40 2kN m 保温层 0.60 2kN m 檩条 0.08 2kN m 钢架梁自重 0.15 2kN m 合计 1.23 2 kN m （2） 屋面活载和雪载 0.30 2 /KN m 。
（3） 轻质墙面及柱自重标准值 0.50 2 /KN m （4） 风荷载标准值 基本风压：m kN /525.050.005.10=?=ω。根据地面粗糙度类别为B 类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10m 时，按10m 高度处的数值采用，z μ=1.0。风荷载体型系数s μ：迎风柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为－0.55和－0.65。 2.3 各部分作用的荷载标准值计算 （1） 屋面荷载： 标 准 值： m kN /42.7cos 1 623.1=??θ 柱身恒载： m kN /00.3650.0=? （2） 屋面活载 屋面活载雪载m kN /81.1cos 1 630.0=? ?θ （3） 风荷载 以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式0ωμμωs z k =计算，z μ查表m h 10≤，取1.0，s μ取值如图1.2所示。（地面粗糙度B 类） 迎风面 侧面2 /131.050.005.10.125.0m kN k =???=ω，m kN q /79.06131.01=?= 屋顶2 /525.050.005.10.100.1m kN k -=???-=ω，m kN q /15.36525.02-=?-=
门式刚架设计经验知识
门式刚架设计经验知识
一知识点： 门式刚架一般多采用变截面构件，当有吊车时，柱多采用等截面。常用的柱截面高度一般为300~700mm。 截面定义时考虑的原则有： （1）翼缘必须满足宽厚比要求，腹板满足高厚比要求。对于腹板，当不满足要求时，程序按考虑屈曲强度计算。所以说，截面翼缘满足宽厚比，显得很重要。 （2）截面选择要考虑常用的板型，结合市场上常用的材料规格选择比较好。对于翼缘，常选用的规格有180、200、220、250等。 （3）选择截面还要考虑节点螺栓布置的实际情况，满足规范对于螺栓的容许距离要求。 （4）对于腹板截面，考虑的往往是制作问题，以及和翼缘截面厚度的协调问题。腹板的厚度一般以比翼缘的小些为宜，其高厚比用到150左右比较合适。这样，制作中的变形也比较小，板件厚度不宜低于6mm，否则焊穿。 （5）常用的门式刚架翼缘截面一般为：180x8, 180x10, 200x8, 200x10, 220x10, 220x12, 240x10, 240x12, 250x10, 250x12, 260x12,
260x14, 270x12, 280x12, 300x12, 320x14等。 （6）常用的腹板截面一般为6mm和8mm厚。对6mm的其高度范围一般为300~750mmzui最大可到900mm;对8mm厚的腹板高度范围一般为300~900mm,最大可到1200mm。 二知识点： 梁的平面外计算长度通常情况下对于下翼缘取隅撑作为其侧向支撑点，计算长度取隅撑之间的距离。对于上翼缘，一般也可以取有隅撑的檩条之间的距离。檩距 1.5m，隅撑隔一个檩条布置。所以，梁的平面外计算长度取3m。 柱的平面外长度取决于其平面外支点距离，本刚架在牛腿位置设置面外支撑。由于设置了吊车，程序在此把柱分为2段，柱子平面外长度取各段柱实际长度即可。对于平面内计算长度，在通常情况下不需要修改。但有时平面内长度需要根据实际修改。当有夹层时，对于按框架设计的柱的平面内计算长度需要修改。
门式钢架结构设计要点
1.1 门刚结构体系基本情况 门式刚架轻型钢结构主要指承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、可以设置起重量不大于 20t 的中、轻级工作制桥式吊车或 3t 悬挂式起重机的单层厂房钢结构。在轻型门式刚架结构体系中，屋盖应采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，主刚架可采用变截面实腹刚架，外墙宜采用压型钢板墙板和冷弯薄壁型钢墙梁，也可以采用砌体外墙或底部为砌体、 上部为轻质材料的外墙。主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘的出平面稳定性，由与檩条或墙梁相连接 的隅撑来保证。主刚架间的交叉支撑可采用角钢或张紧的圆钢。 单层门式刚架轻型房屋可采用隔热卷材做屋盖隔热和保温层，也可以采用带隔热层的板材作屋面。 门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取 1/8~1/20，在雨水较多的地区宜取其中较大值。 门式刚架尺寸应符合下列规定： (1)、门式刚架的跨度，应取横向刚架柱轴线间的距离。 (2)、门式刚架的高度，应取地坪至柱轴线与斜梁轴线交点的高度。门式刚架的高度，应根据使用 要求的室内净高确定，设有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净高要求而定。 (3)、柱的轴线可取通过柱下端（较小端）中心的竖向轴线。工业建筑边柱的定位轴线宜取柱外皮。 斜梁的轴线可取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。 (4)、门式刚架轻型房屋的建筑尺寸：其檐口高度，应取地坪至房屋外侧檩条下缘的高度；其最大 高度，应取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；其宽度，应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；其长度， 应取两端山墙墙梁外皮之间的距离。 (5)、门式刚架的跨度，宜为 9~36m，以 3m 为模数。边柱的宽度不相等时，其外侧要对齐。
完整版门式钢架施工方案
8、门式刚架结构安装工程 8.1一般规定 8.1.1门式刚架的主体结构（柱、梁或桁架、支撑等）、檩条等安装工程的施工和质量验收。 8.1.2 钢结构安装应按施工组织设计的要求进行。对于安装的测量校正、高强度螺栓安装、负温度下施工及焊接工艺等主要工序，应在安装前进行工艺试验或评定，并应在此基础上制定相应的作业指导书。 8.1.3 安装偏差的检测，应在结构形成空间刚度单元并连接固定后进行。 8.1.4 安装时，施工荷载和冰雪荷载等严禁超过梁、桁架、楼面板、屋面板、平台铺板等的承载能力。 8.2施工准备 8.2.1技术准备 (1)熟悉施工图纸，组织图纸审查和会审，核对构件的空间安装就位尺寸、标高和相互间的关系。 (2)计算吊装构件数量、单件重量和安装就位高度以及连接板、螺栓等连接件数量。 (3)编制安装施工方案，包括机械设备选用、安装程序、安装方法、构件供应和布置、保证质量、安全技术措施等，并进行技术交底。8.2.2材料准备 钢结构构件、焊条、普通螺栓、高强螺栓、涂料、垫板、垫圈等。
8.2.3 主要机具 (1)机械设备 起重机械：轮胎式起重机，运输机械:载重汽车、平板拖车，焊接、气焊设备等。 (2)主要工具 水准仪、经纬仪、测力扳手、水平尺、钢尺、扳手、千斤顶等。8.2.4 作业条件 (1) 钢结构构件应按安装程序成套供应，现场构件堆放场地应满足堆置及拼装的需要。 (2)钢构件应分类堆放，刚度大的构件可铺垫木水平搁置；多层叠放时，垫木应在同一垂直线上，垫木位置和间距以保证构件不产生过大的变形为原则。堆垛高度一般不大于2m，以保证安全，堆垛之间需留出必要的通道，一般宽度不小于2m。 (3)施工现场应修筑吊装和运输机械的行走道路，排水良好，架设好临时用电线路。 (4)安装好供高空作业人员上下的梯子、扶手、操作平台、栏杆等。泥沙和灰尘等杂物。冰雪、钢构件吊装前应清除其表面上的油污、(5)． 8.3 施工工艺 8.3.1 工艺流程
《钢结构设计》(门式刚架)课程设计指导书
《钢结构设计》课程设计指导书 （门式刚架） 土木工程与建筑学院 《钢结构设计》课程设计指导书 绪言课程设计目的要求 课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过《钢结构设计》课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 《钢结构设计》课程设计题目 一、设计题目 某24m跨度厂房的门式刚架设计，刚架柱、梁均采用等截面（或变截面）。 二、设计任务 1、选择钢屋架的材料； 2、柱网及屋面结构布置（包括支撑体系布置）； 3、门式刚架选型； 4、确定门式刚架梁、柱截面形式，并初估截面尺寸； 5、钢屋盖及支撑的布置； 6、钢屋架的结构设计； 7、绘制门式刚架施工图及材料表。 三、设计资料 建造于某市的轻工厂房，建筑面积1500m2厂房平面及剖面如图所示，据生产要求无吊车，屋面采用0.6mm厚镀锌压型彩涂板，刚架柱、梁均采用等截面（或变截面），柱梁节点处为构造加腋（视为刚接，计算时可不考虑加腋之影响），柱与基础为铰接，拟在刚架平面外设柱间支撑及檩条端部隅撑，在a,b点分别提供柱梁的侧向支撑点，设计时考虑积灰荷载0.4kN/m2，该地区的基本雪压为0.5kN/m2, 基本风压为0.5kN/m2，轻质屋面，屋面活荷载取0.4kN/m2。檩条及支撑重0.2kN/m2，刚架斜梁自重0.2kN/m2；轻质墙面及柱自重（包括柱、墙骨架）0.7kN/m2。 刚架简图及其风荷载体型系数 （a）平面图（b）刚架简图（c）刚架风荷载体型系数 门式刚架设计计算 一、材料选择 刚架结构中所采用的钢材应符合国标要求，一般采用Q235钢或Q345钢，Q345钢多用于刚架斜梁与柱，但当构件是以变形控制时应慎用。焊条可选用E43型，手工焊。 二、结构平面布置 结构平面布置主要是确定刚架的柱网布置。柱网布置首先应满足工艺要求，面积大的厂房考虑温度区段的控制，依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定：“纵向温度区段不大于300m；横向温度区段不大于150m；当有计算依据时温度区段可适当加大”。 门式刚架的柱距的选择应依据屋面的受载情况与功能要求综合确定，并应满足工艺要求，一般宜采用6-9m的柱距。柱距的选择合理与否直接影响结构单位面积的耗钢量，经济柱距的
基于门式刚架优化设计的探析
基于门式刚架优化设计的探析 发表时间：2017-12-11T12:01:47.983Z 来源：《基层建设》2017年第24期作者：雷新海 [导读] 都遵照满足使用功能和设计规范的要求，而规范只给定范围要求，然而在规范范围内的具体取值却很大程度影响着结构的造价和成本，采用不恰当的设计会造成很大浪费或是影响结构安全。因此对门式刚架结构进行优化设计非常有实际工程意义。 湛江南海西部石油勘察设计有限公司 524000 摘要：轻型门式刚架结构具有造价低廉、安装方便、施工周期短等特点，近几年来在工业厂房的建设中得到广泛应用。在传统的门式刚架设计方法中，其截面尺寸、结构形式等选择，都遵照满足使用功能和设计规范的要求，而规范只给定范围要求，然而在规范范围内的具体取值却很大程度影响着结构的造价和成本，采用不恰当的设计会造成很大浪费或是影响结构安全。因此对门式刚架结构进行优化设计非常有实际工程意义。 关键词：门式刚架；优化设计 引言： 门式刚架是目前轻型房屋钢结构中应用最为广泛的一种钢结构形式，广泛应用于生产、仓储、物流等各行各业中。结构的优化设计是结构的综合选优，即把设计追求的目标与应满足的约束条件有机地结合起来，用优化的理论和合理的方法，在满足设计约束条件的可行区域内进行设计，以得到最优的设计方案，达到“质优、价廉”的经济指标。结构优化设计对门式刚架的应用有着十分重要的应用意义。 一、门式刚架概述 门式刚架是一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。门式刚架轻型房屋钢结构具有受力简单、传力途径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业与民用设施中。目前，国内已建成了大量轻钢结构建筑，成长了一大批钢结构建设企业和设计人员，国内也开发了许多钢结构设计软件，比如PKPM、 3D3S、YJK等等均有钢结构设计模块，设计人员可以利用设计软件方便快捷地进行各种钢结构设计。然而，不同的设计人员面对同一个工程并且使用同一款软件进行设计，而得出不一样的结果。这主要与设计人员对规范、结构体系以及软件本身的理解认识，工作实践经验的积累等因素都有关。设计结果决定了工程的含钢量，基本上就确定了工程的整体造价，所以结构设计不仅要符合相关设计规范等条文的规定，保证建筑结构体系的安全，同时也应该在满足相关设计规范要求的基础上做好恰当的优化，合理的降低结构的含钢量，做到安全适用，经济合理，保障质量。因此钢结构设计中的一项重要内容就是对设计项目进行逐步优化。 二、优化设计 2.1结构选型 门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、多跨，按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。 合理选择结构形式，包括合理选择柱距、跨度、屋面坡度等至关重要。首先，柱距对用结构钢量有较大的影响。经过大量工程实例调查和统计，柱距为6~9m时，总用钢量基本保持稳定；柱距小于6m时，总用钢量随柱距增大普遍呈降低趋势，降幅随跨度的增大而增加；柱距超过9m时，由于檩条、支撑、吊车梁等构件的用钢量大幅上升，造成总用钢量上升。柱距和跨度首先应满足工艺布置的要求。当工艺无特别要求时，柱距应以6～9m为宜。有吊车及较大屋面吊挂荷载的厂房，柱距宜接近6m；无吊车及屋面吊挂荷载的厂房，柱距宜接近9m。具体工程应通过结构计算模型的试算比较来最终确定。门式刚架跨度宜采用9～36m，当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。屋面坡度一般以5%～10%为宜，沿海多雨地区应适当增大坡度。 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015颁布后，门式刚架跨度可以扩大至48m；当吊车吨位较大时，经济跨度在24~36m；无吊车或吊车吨位较小时，经济跨度在18~24m；跨度对于用钢量同样有着较大的影响。影响经济跨度的主要因素是荷载，荷载越大时，总用钢量对跨度越敏感，越应注意采用合理跨度。 2.2选择材质 Q235B、Q345B钢是门式刚架轻型钢结构中经常使用的材料。两种钢材的强度设计值不同，Q345钢与Q235钢相比，前者的强度要高于后者。具体到某项工程应选择哪种材料合适，与以下方面有关： （1）设计时构件材质的选用，应根据结构的具体情况而定。Q235B钢一般可用于构件截面小、结构规模小的工程，以充分利用H型钢构件腹板高厚比、翼缘宽厚比较大的特点，将构件的断面设计到更大更薄，让材料的强度发挥到最佳状态；Q345B钢可用于高、重、大型的结构，可以充分发挥Q345B钢材强度高的优势。Q345B钢材与Q235B钢材相比，前者的强度要高于后者，如果结构为强度指标控制，则同样的工程，材质为Q345B钢的结构比Q235B钢的结构较轻，但Q345B钢材的价格要比Q235B钢材的价格略高；若结构主要为构造，比如长细比指标控制，则选择Q235B更为经济。因此选用材料时要比较两种钢材的含钢量和市场价格，通过全面综合的分析核算，采用经济指标更好的钢材。 （2）从钢材市场的供货情况看，某一阶段市场上销售的钢材的规格、品种并非都齐全，如果选用的材料、规格在当地材料市场采购难，则需要到较远的地区采办，无形中会增加长途运输费用，从而加大施工成本。因此首先要尽可能的了解当地钢材市场上销售的钢材规格、材质的，设计时选择容易采购到的材料，避免选用非常规规格的型材进行设计。 2.3综合优化 根据建筑参数进行结构建模计算，国内常用的设计软件PKPM、3D3S都可以对结构进行计算分析，方便快捷的调整梁，柱的截面尺寸，进行整体优化。 （1）针对钢结构柱梁平面内、外的稳定应力比及长细比，着重对柱、梁腹板、翼缘的规格、尺寸进行调整，以使应力比和长细比、腹板高厚比、翼缘宽厚比满足相关设计规范要求。 （2）根据柱、梁构件的强度抗弯承载力比值，调整构件的整个截面尺寸，充分考虑腹板高厚比、翼缘宽厚比，防止局部失稳。（3）注重结构计算的同时，也要重视结构的构造设计，保证结构体系的完整，充分考虑结构支撑体系的布置与设计。 结束语： 优化不是一味的强调用钢量最少，优化必须以结构安全、体系合理为前提。优化设计是一个系统工程，它综合体现了设计人员的专
简述门式钢架轻钢结构设计要点
简述门式钢架轻钢结构设计要点 发表时间：2018-08-06T11:23:34.927Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第8期作者：雷发进 [导读] 当前，门式刚架轻钢结构以及其自重轻，施工速度快和造价低廉诸多优点受到了广大建筑师、结构工程师的青睐，尤其在单层工业厂房方面得到了迅速推广。 广东博亚建筑设计有限公司 528306 摘要：当前，门式刚架轻钢结构以及其自重轻，施工速度快和造价低廉诸多优点受到了广大建筑师、结构工程师的青睐，尤其在单层工业厂房方面得到了迅速推广，取得了优良的社会效益和经济效益。本文就门式钢架轻钢结构设计要点进行了阐述。 关键词：门式钢架；轻钢结构；设计要点 引言：轻型门式刚架结构体系是近年来发展起来的新型结构体系，目前常用Ｈ型钢截面门式刚架为主的横向承重结构和纵向由冷弯成型的檩条、墙梁、墙柱、屋面板、墙板及各支撑体系等组成的轻钢建筑物。 1、门式刚架结构设计方法 门式刚架结构设计采用极限状态设计方法，极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。承载能力极限状态设计包括结构构件的强度、整体稳定、局部稳定验算；正常使用极限状态设计包括结构及其构件的位移和刚度验算。一般设计时，首先选择截面使结构满足承载能力极限状态的要求，然后校核其是否满足正常使用极限状态。 2、结构设计及构造要求 2.1钢柱脚的保护 结构设计说明中未注明钢柱脚应采用混凝土包裹防护时，也应用混凝土保护。因柱脚与地面接触部分易与周围水汽接触，使柱脚锈蚀，将柱脚底板以上一定距离进行混凝土包脚可以有效防止柱脚锈蚀的问题，因此应按国家相关条文规定，对柱脚在地面以下部分采用强度等级较低的混凝土包裹（保护层厚度不应小于50 mm），包裹的混凝土应高出地面不小于150 mm。当柱脚底面在地面以上时，柱脚高出地面的高度不应小于100 mm。 2.2钢柱脚应设抗剪键 对于高地震烈度区（≧8度）采用外露式柱脚时，与柱间支撑连接的柱脚未按要求设计抗剪键。 按国家相关条文规定，合理采用柱脚形式，对于地震烈度为8度及以上区，柱脚不宜采用外露式，宜尽量采用埋入式或插入式柱脚，对于与柱间支撑相连的外露式柱脚，不论计算是否需要，都必须设置抗剪键，这样才能有效抵抗水平地震力作用。 2.3节点板厚度不小于16 mm 门式刚架轻钢结构中的刚架梁、柱高强度螺栓连接节点的端板厚度，不满足最小厚度16 mm 的要求。刚架梁、柱连接节点通常假定按门式刚架轻钢结构刚性连接节点设计，要保证门式刚架轻钢加亮连接节点与计算模型相符，传力可靠，除满足门式刚架轻钢结构节点计算要求外，必须严格控制门式刚架轻钢结构端板厚度不小于16mm，以保证门式刚架轻钢结构端板有足够的刚度。根据国家相关条文规定，门式刚架轻钢结构设计刚架梁、柱连接节点端板时，如根据门式刚架轻钢结构端板支撑条件计算出的端板厚度不足16mm时，应取门式刚架轻钢结构端板厚度不小于16mm。 2.4钢柱脚锚栓数量不少于4个 柱脚按固接计算时，结施图柱脚锚栓数量小于4，不满足固接要求。柱脚锚栓数量为4个时，虽经计算满足抗剪抗弯及抗拔要求，但是考虑到现场实际施工情况，无法完全做到固接要求，而且经过对地震后震害的调查统计，外露式柱脚破坏的特征是锚栓剪断、拉断或拔一般的外露式柱脚，从力学的角度看，作为半刚性考虑更加合适，出于对柱脚固接的考虑，建议锚栓数量不应小于4个。 3、门式刚架设计 3.1门式刚架受力分析 考虑到计算时假设屋面活载是满布的，如荷载取过大，则安全度较大，用钢量也增大，国家标准规定：当用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标（按水平投影面积计算）应取0.5kN/m2，包括计算屋板、檩条，但对受荷载水平投影面积大于60m2的钢屋构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可不小0.3kN/m2。荷载效应组合应符合下列原则：屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两中较大值；积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载中的较值同时考虑；施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自以外的其他荷载同时考虑；多台吊车的组合应符合现行国家标准的规定的定；风荷载不与地震作用同时考虑。 3.2节点设计 门式刚架斜梁与柱的连接可采用端板竖放、端板平放和端板斜放三种形式。斜梁拼接时宜使端板与构件边缘垂直。端板连接应按所受最大内力设计。当内力较小时，应按能承受不小于较小被连接截面承载力的一半设计。主刚架构件的连接应采用高强度螺栓，吊车梁与制动梁的连接宜采用摩擦型高强度螺栓，通常选用M16～M24。吊车梁与刚架连接处宜设长圆孔。檩条与刚架斜梁以及墙梁与柱的连接常采用M12普通螺栓。端板连接的螺栓应成对地对称布置，在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均应设置，并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近。螺栓中心至翼缘板表面的距离应满足拧紧螺栓时的施工要求，不宜小于35mm。螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径。门式刚架受压翼缘的螺栓不宜少于两排。当受拉翼缘两侧各设一排螺栓尚不能满足承载力要求时，可在翼缘内侧增设螺栓，其间距可取 75mm，且不小于3倍孔径。与斜梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度。当端板上两对螺栓间的最大距离大于400mm时，应在端板的中部增设一对螺栓。同时受拉和受剪的螺栓，应验算螺栓在拉、剪共同作用下的强度。 3.3檩条、墙梁及拉条 门式刚架轻型钢结构厂房中的檩条和墙梁一般采用高效经济的实腹式带卷边C形和Z形冷弯薄壁型钢，其优点是截面回转半径和惯性矩相对较大，整体刚度较好，能够充分发挥材料的性能，但同时也存在截面抗扭刚度较小，对荷载的偏心非常敏感，在计算时要考虑可能产生的扭转变形和约束翘曲应力。在设计檩条、墙梁、拉条一类的围护构件时应注意以下几点：风荷载标准值按规程的规定计算更能符合实
门式刚架设计实例
轻型门式刚架 ——计算原理 和设计实例 <9> 来源：https://www.360docs.net/doc/0e16439684.html, 发布时间：06-06 编辑：段文雁
二、设计实例一 1 设计资料 门式刚架车间柱网布置：长度60m；柱距6m；跨度18m。 刚架檐高：6m；屋面坡度1：10；屋面材料：夹心板；墙面材料：夹心板；天沟：钢板天沟；基础混凝土标号为C25，fc=12.5 N/mm2；材质选用：Q235-B f=215 N/mm2 f=125 N/mm2。 2 荷载取值 静载：为0.2 kN/m2；活载：0.5 kN/m2 ；雪载：0.2 kN/m2；风载：基本风压W0=0.55 kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数如下图： 图3-41 风载体型系数示意图 3 荷载组合 (1). 1.2 恒载+ 1.4 活载 (2). 1.0 恒载+ 1.4 风载 (3). 1.2 恒载+ 1.4 活载+ 1.4×0.6 风载 (4). 1.2 恒载+1.4×0.7 活载+ 1.4 风载 4 内力计算 （1）计算模型 图3-42 计算模型示意图 （2）工况荷载取用 恒载活载 左风右风 图3-43 刚架上的恒载、活载、风载示意图 各单元信息如下表：
表3-5 单元信息表 单元号截面名称长度(mm) 面积(mm2) 绕2轴惯性矩(x104mm4) 绕3轴惯性矩(x104mm4) 1 Z250~450x160x8x10 5700 54407040 973974 599822728 2 L450x180x8x10 9045 7040 974 22728 3 L450x180x8x10 9045 7040 97 4 22728 表中：面积和惯性矩的上下行分别指小头和大头的值 图3-44 梁柱截面示意简图 （3）计算结果 刚架梁柱的M、N、Q见下图所示： 图3-45 恒载作用时的刚架M、N、Q图 图3-46 活载作用时的刚架M、N、Q图 图3-47 （左风）风载作用时的刚架M、N、Q图 选取荷载效应组合：（1.20 恒载+ 1.40 活载）情况下的构件内力值进行验算。组合内力数值如下表所示： 表3-6 组合内力表 单元号小节点轴力N(kN) 小节点剪力Q2(kN) 小节点弯距M(kN.m) 大节点轴力N(kN) 大节点剪力Q2(kN) 大节点弯距M(kN.m) 1 -67.97 23.16 0.00 -56.89 -23.16 132.03 2 -28.71 -54.30 -132.0 3 -23.05 -2.30 -103.14 3 -23.05 -2.30 103.1 4 -28.71 -54.30 132.03 4 -56.89 -23.16 -132.03 -67.97 23.16 0.00 5构件截面验算
雪糕厂轻型门式刚架设计策划方案
学号2011021111 《钢结构设计》课程设计 哈尔滨市某雪糕厂轻型门式刚架设计 院（系）名称：航天与建筑工程学院 专业名称：土木工程 学生姓名：韩学彬 指导教师：张建华副教授
2014年6月
1. 设计资料 (1) 2.荷载计算 (2) 1）荷载取值计算 (2) 2）各部分作用的荷载标准值计算 (3) 3.内力分析 (4) 1）在恒荷载作用下 (4) 2）在活荷载作用下 (6) 3）在风荷载作用下 (8) 4.内力组合 (15) 5.刚架设计 (17) 5.1 截面设计 (17) 5.2 构件验算 (17) （1）验算刚架柱在风荷载作用下的侧移 (17) （2）构件宽厚比验算 (17) （3）刚架梁的验算 (18) （4）刚架柱的验算 (20) 5.3 节点验算 (23) （1）梁柱连接节点： (23) （2）横梁跨中节点 (25)
（3）柱脚设计 (27) 6.其他构件设计 (28) 6.1 檩条的设计 (28) （1）荷载及内力： (28) （2）截面选择及截面特性 (29) （3）强度验算： (31) （4）挠度验算： (31) （5）构造要求： (32) 6.2 隅撑的设计 (32) 6.3墙梁的设计 (32) （1）荷载计算 (33) （2）内力计算 (33) （3）强度计算 (33) （4）挠度计算 (34) 参考文献 (34)
1. 设计资料 哈尔滨市某雪糕厂房，采纳单跨双坡门式刚架，刚架跨度27m，柱距6m，柱高6m，屋面坡度1/10，地震设防烈度为6度。刚架平面布置如下图（a）所示，刚架形式及几何尺寸如下图（b）所示。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采纳冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5米，钢材采纳Q345钢，焊条采纳E43型。 （a）钢架平面布置图
轻型门式刚架毕设开题报告
毕业设计（论文） 开题报告 题目迈维尔胶管有限公司轻型门式刚架 厂房设计 专业土木工程 班级土木092 学生尤然 指导教师张俊发郭宏超孙永振 2013 年
一、毕业设计(论文)课题来源、类型 课题来源：来自生产实践 类型：工程设计 二、选题的目的及意义 本课题是设计咸阳迈维尔胶管有限公司轻型门式刚架厂房，选定采用门式刚架结构形式。本次设计培养我正确的设计思路、严谨的设计态度、掌握基本的设计方法（结合PKPM钢结构设计软件及力学求解器的学习），会使用各种现行规范标准，通过实际设计操作可以更好地贯彻、理解和应用各种规范标准，力求设计既经济又合理；通过解决具有一定复杂程度的实际制造问题，可以更好的理解设计的合理性，应综合考虑各种因素对整个结构生产安装的后续影响。 通过完成本次设计，了解我国钢结构厂房的发展现状、发展水平以及发展方向。熟悉有关钢结构设计的规范，并熟练掌握各种规范和文献的查询方法。将在大学期间所学的专业理论知识进行归纳总结，并应用到实际的工程问题的处理中，为日后在学习、工作中打下坚实的基础。 三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 3.1 文献综述（相关课题国内外研究的现状） 门式刚架轻型结构体系开始于美国。由于门式刚架轻钢结构具有许多其他结构不具有的优点，同时经济效益好，使其得到了广泛的应用。在初期，这种结构被用于库房等简易房屋。20世纪60年代在国外由于各种彩色钢板和H型钢和冷弯型钢的出现推动了门式刚架轻钢结构的快速发展。 轻型门式刚架结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。近十多年来，随着我国钢材产量的增加和焊接H型钢的出现，压型钢板、冷弯薄壁型钢、H型钢的大批量生产，特别是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS1 02:98 )的颁布实施，轻型门式刚架结构得到迅速的发展。目前国内
钢结构设计要点
1. 钢柱、钢梁的平面外计算长度怎么取？ 答：a. 平面外计算长度程序默认值为杆件实际长度，平面外的计算长度应该取平面外有效支撑之间的间距，通常需要根据平面外支撑布置情况修改。（见《STS 用户手册》） b. 见《钢结构设计手册》（第三版）460页9.8.3节 c. 见《钢结构设计手册》（第三版）435页，437页相关内容 2. 是否可以改变钢架工字型截面翼缘的厚度？ 答：可以。见《门式钢架规范》4.1.3条 3. 关于STS中的错误信息：“梁高厚比超限”的解决方法？ 答：网友认为该错误信息出现是因为钢架的楔率>60mm/m造成的，本人却无法验证该说法。但是增加腹板厚度确实可以解决该问题。见《门式钢架规范》6.1.1-6条，《钢结构规范》4.3节 4. 高强螺栓可以涂油漆吗？ 答：不可以。油漆会使接触面的摩擦系数降低。 5. 如何确定钢架梁的分段比例？ 答：可根据弯矩包络图确定。一般单跨取0.3：0.7或0.4：0.6，多跨可取0.3：0.45：0.25
6. 如何估算钢架梁柱截面？ 答：根据荷载与支座情况，钢梁的截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。 柱截面按长细比预估，通常50<λ<150，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。 7. 关于门式钢架的恒载？ 答：压型钢板及保温层 0.25kN/m2 檩条 0.05kN/m2 悬挂设备 0.2kN/m2 8. 如果钢架截面是以强度控制而非挠度控制时，可以考虑使用高强钢材。 9. 钢构的除锈方式有哪些？ 答：手动，适用于小型要求不高的构件，除锈不彻底 喷砂，适用于比较厚实的构件，除锈彻底 酸洗，适用于薄壁构件或不方便用喷砂方法除锈的构件或部位，除锈彻底 10. 拉条采用圆钢时直径不宜小于10mm（见《门式钢架规范》6.3.5条）；檩托的常用厚度是8mm；隅称按设计确定（见《门式钢架规范》6.16条）；屋面彩钢